SPIDER J.\Rc;trvi HH
YUh;,;
Mat;ine ,_ f\i1nya fvllllwndisi
KiMYA MUHENDiSLiGiNE GiRiS, .. Unit Operasyonlar •
YAZANLAR:
Prof. J. T. Ranchero
W. L. Badger
Mi$igan Oniversitesi Kimya MUhcndisligi KilrsUsU
Mfi$avir MUhendis
<;:EVIREN:
Prof. Dr. ihsan ~ATALTAS LT.O. Kimya Metalurji FakUltesi
Kimya MUhendisligi BtUUmU
0<;:0NC0
BASK.!
>~•,
'it'
ink1lap Kitabevi YAYIN SANAVi ve TiCARET A.~. Ankara Cad. 95, iSTANBUl
ONSOZ Bu kitap kimya miihendisligine yeni ba~layanlar t~in yaZilmt~ bir ders kitabt olup, daha yiiksek bir ogretim amac1 giitmemektediro Aynca kitap i~eri sinde yer alan k
ilk ciimlelerdeki iki a~tklama kitabtn hedefini aQtkQa ortaya koymaktadtro Dnit operasyonlarla ilk defa kar~tl!'§acaklar iQin bir ba§langtQ kitabtdtro Kimya (ozellikle fiziksel kimya), fizik (iiniversitenin ilk ytllarmda okutulan), · matematik (diferensiyel ve integral hesap}, termodinamigin temel prensipleri, makine par~alan ve yapwlan ile ilgili temel bilgilerin var oldugu hususu kabul edil· mektediro Aynca ogrencinin, a~tklamast yaptlan ozel bir cihazt, iinit operasymilarm her hangi birine ait gene! teoriyi veya iiretim uygulamalarmda kullant!an bu operasyoulan bilmedigi de kabul olunmaktadtro Maksat miihendislige yeni ba§layanlar iQin bir ders kitabt yazmakttro BaZI kimseler i§lenebilir metal parQalarmt biraraya getirip Qah§ttrarak, bir cihazt ortaya koyabiliro Bir diferansiyel e§itligin integrasyonu ile, problemin tamamen Qiiziilecegi kantsmda olanlardan tamamen farkh bir dii§iinceye sahibizo Bu sebeple, cihazlarm dt§ goriinii§leri veya diyagramatik gosterilmelerinden Qok, yapmtlart ile ilgili bilgilere geni~ yer verilmi~tir 0
Bir yt! siireli bir dersin hudutlan iQerisinde kalan bir kitabm haztrlanmt§ olmast sebebi ile, teori ve pratikle ilgili pek Qok konuya yer verilmemi~tiro Bu kitabt okuyan her kimya miihendis~ ister endiistride ister ogretimde gorev almt~ olsun, kendi konusunda her tiirlii bilgiyi bulamtyacaktuo Bir ba~langtQ kitabmm kapsammm smuh olmast sebebi ile yer veremediwmiz konular iQin oziir dilerizo Bununla beraber, herhangi bir konuda daha fazla bilgiye sahip olmak isteyen og':enciler iQin, ara§brmaya bir geQi§ ohnak iizere, bazt referanslar verilmi§ bulunmaktadtro
ANKA OFSET A.$. Caga/O{)fu Cemalnadir Sok. No. 24 ISTANBUL- 1986
Kitabm konularmt bir yt!hk bir o~retim siiresi i~erisine Slgdtrabilmek iQin, kimya miibendisligi yoniinden onemli olan bir lostm konular tamamen konu d1~1 bmiktlmt§lardtro Bunlardan birkaQmi ~u §ekilde stralayabiliriz; bastmlabilen alo§kanlann alom1, Qok komponentli sistemlerin distilasyon, adsorpsiyon, iyon deW§imi ve bunun iQin kullamlan cihazlar ve daha birkaQ onemli konuo KonulanmtZin bir yerde son bulmast zoruuluydu ve bu zorunluluk konulanmtZI stc mrladto
IV Pekcok ~alns ve cihaz ya ki b bulundu!ar. Biitiin b aln P:;Isi, ta m hllZ!r!am§mda biiyiik yardnnlarda bulmakta giicliik ce~y~rU:: ~:kil, ulu§lara t~ekkiirlerimizi ifade e~. ecek keUme Cizilmi§ olup, cihaz yapim~dar~ §:rna lve yalgdramlar iizellikle -U kitap icin k aZir am1~ o ugu §ekil v di ml nen opya edi!memi§tir. Buna ragmen bir Ia . . . e yagra ar ay. 51 bu hususta bilgi vardrr Aksi takdird ld1 ~ §eldl ve d1yagram!arm altmda t' , __ , · e §e ve diyagramlar ld ,;._ ba lrllllll§ veya birkac §eldl d. . ' ya o u""a sitle§larchr• ve Iyagramm b~raraya getirihuesi ile h•~·Ia ...u Dml§-
kr~anal§~rma konulu
bO!iim icin Prof. J. H. Rushton ve Dr J y Old h ' · · · s ue ya ve ISt IZasyon konulu biiliim · · S yardunlanndan do!ayt iizellikle te';e~'~'~enb~onb Evabpilio~~tor Company'ye biiyiik '4
.t~.uru
1r
or~
rtz. .
ce~~:::Zlllikl~ ekonheuln~~Imn sm!Irhdolml. asina ragmen; iigretimde . , uz cevap an m mami§ b' k k
SU!lunda, iigrencileri etkileyerek
kullandabile-
I . b .. ":?~. onunun ara§tlnlmasi huon ari u yone goturecegini iirnit etmekteyiz. Walter L. BADGER
Julius T. BANCBERO
CEVIDREN~
ONSOZO*
Kimya miihendisliginin Amerikan Kimya Miihendisligi Enstitiisiince yapilan tamm1 §oyledir: Kimya miihendisliB.i miihendislik mesle&inin bir kolu olup, maddenin fiziksel ve kimyasal deji$imlerinin yer aldtB.t, liretim ~lemlerinin uygulama ve gel~imi ile ilgilenir. Kimya miihendisinin gOrevi. i!rlerinde fiz.iksel ve kimyasal de8.i$imlerin yer aldt~l cihazlann projelendirme, yaptai ve ~h$bnlmasmdan ibarettir. Kiinya, fizik ve m3.tematik, kimya miihendisli&inin temelini te$kil eder 'le ekonomi ise, ona pratikte yol gOsterir.
Bu tamm daba sonra 1954'de, daha belirgin ve s1mrh olarak, a§ag1daki kilde yap,ddL
~e
Maddeyi fiziksel ve kimyasal degi~imlere uiratan cihazlan ve Ozellikle de8i$imlerin hal ve enerji deA;i~imleri) kendilerini miihendislik:, ekonomi ve insan ili!;kileri yOnlcrinden inceleyen bilim koluna kimya miihendisli8i ad1 verilir.
(bil~im,
Yukar1daki tammlarm I§Igi altmda modern kimya miihendisli!i;ini §ekilde losaca formiile etmek miimkiindiir. Kimya miiheudisligi
~
a~agtdaki
iinit prosesler + iinit operasyonlar (fiziksel degi§meler) (kimyasal degi§meler)
Endiistride kar~da§abilecegimiz fiziksel ve kimyasal degi~melerin en onemlileri a§ag1daki §ekilde bir sm1flamaya tllbi tutulabilirler. Vnit prosesler
1. Yanma
2. Oksidasyon 3. NOtralizasyon 4. Si!ikat tejekkiilli s. Elektroliz 6. Kalsinasyon, dehidratasyon 7. Nitrolama 8. Ester tt~~illiilll 9. RedUksiyon 10. Holojenasyon 11. Sulfonasyon
Onit operasyonlar 1. Aki!kanlartn almm 2. Alo!kanlann la$Inn:ta.Sl 3. 1st transferi 4 .. Evaporasyon 5. Dis tilasy on 6. Ekstraksiyon 7. Nemle,ndirme, nem giderme ve su sokotma 8. Gaz absorpsiyonu 9. Kurutma 10. Kristalizasyon 11. Silzme
* W.L. Badger ve Julius T. Bancbero tarafmdan yazllan Introduction to Chemical Engineering adh kitabm 19SS basklSmdan Tiirk>
VII
VI 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.
Hidroliz Hidrojenasyon Alkilasyon Kondenzasyon Polimerizasyon Fermimtasyon
12. Kan~ttrma 13. A yuma 14. Ku:ma ve OB;iitrne 15. Kattlann ta~mmas1
Kraking Aromatizasyon tzomerizasyon lyon de8itiimi
Bu konular, kimya miihendisligi ogretiminin esas1m te§kil ettnekle beraber, kendi ba§lanna kimya miihendisligi formasyonunu meydana getirem~zler. Bu 1
Her fedakil.rhga katlanarak beni yeti§tiren 'Qabam1 ralunetle anar, maddi ve mariev! destei,iinden ben( mahrum etmeyen anneme ve diger biiyiiklerirne; kitabm haZirlam§ \e basih§I esnasmda sabu ve feragat gi:isteren e~ime; yeti§memin her safhasmda emegi ge<;en hocalanma, bu miinasebetle te§ekkiir edebilmek benim i<;in biiyiik bir giirev ve mutluluktur. Kitabm baslii§I esnasmda bana biiyiik ,yard1mlan dokunan Kim. Y. Miib. Fikret Giirker ve Faruk Civan'a;
:lhsan
CATALT~
ic;iNDEKiLER
Solum 1
BOitim I. Konuya Giri1...... ....... .......... ..... .. ............................ ...... 1 2. Ak11kan1ann Ak1m1 ........................................................ 31 3. Ak11kan1ann Ta1mmas1................................................... 78 4. lsi Transferi ................................................................ 132 5. Evaporasyon ............................................ : .................... 193 '6. Distilasyon .................................................................... 281 "7. Ekstraksiyon .•............................................................... 368 8. Nemlendirme, Nem Giderme ve Su Sogutma ....................... 422 9. Gaz Absorpsiyonu ................ : ........................................ .483 10. Kurutma ...................................................................... 542 I I. Kristalizasyon ................................................................ 601 12. Stizme .......................................................................... 640 13. Kan1t1rma .................................................................... 701 14. Ayirma ........................................................................ 716 15. K1rma ve Ogtitme .......................................................... 766 · 16. Katllarin Ta~mmas1. ........................................... ." ........... 797 Iliive Tablolar. .......................... ; ................................... 830 Teknik terimler ve deyimler. ............................................ 854 Ttirk9e · lngilizce ......................................................... 855 lngilizce · Tiirk9e ......................................................... 865 Alfabetik Fihrist.. ...~······················································ 877
KONUY A GIRiS 1·1. Konuya ~· Kimya miihendisligi meslegi kimya ve her ttirlii iire· tim endiistrileri ile yakm ilgilidir. Bu endiistri gruplanm tanrmlamak kolay degildir. Maddenin ugrad1g1 kimyasal degi§melerle smirlanamaz. Ornegin, bir kimyasal endiistri grubu olarak kabul edilen tuz endiistrisi i~erisinde tek bir kimyasal degi§me yoktur. "Kimyasal ve her tiirlii iiretim endiistrileri" terimi sadece kabul edilen bir kullamh§ §ekli olup, konuya ilk girenler Kimyasal Abstraktlar'm son yirmi klsmmm ba§hklarma bakacak olurlarsa, bu hususta iyi bir fikir sabibi olurlar. Kimya miihendisligi hem bir san'at ve hem de bir ilimdir. Kimya miihen· disligi konularmm bir k•sm1m teorik yiinden tamamen anlamak miimkiindiir. Bu klsimlar giiziiniine ahnd•g• zaman kimya miihendisligi bir ilimdir. Kimya miihendisliginin pek ~ok klSlmlan teorik yiinden sadece klsmen anla§!labilmektedir. Bununla beraber teori, pratik alanda bir yo! gosterici olarak yine de onem ta§1r. Bir klSlm konular ise teorik bir analizle aydmlat!lamazlar ve bunlar bir san'at konusu olmaga devam ederler. l3u hususta kimya miihendisligi yalmz degildir. Ara§hrmaya senelerce iinem vermemi§ blitiin miihendislik kollan da bir dereceye kadar san'at olarak kalml§lar, giizlem ve tecriibeyi esas almi§Iardir. Endiistride kimya miihendisi tarafmdan yap1lan i§ler, muhtelif §ekillerde smulandmhui§hr. Bunlarm bir klsm•, esash bir temele dayanm1yan ve sadece s•mflamay1 yapan §absm gorii§iinii ortaya koyan cinsten olmu§tur. Bu kitapta, kimya miihendisligi operasyonlan (iinit operasyonlar) diye adlandmlan ve kimya miihendisliginin iinemli bir k1smm1 te§kil eden konular, teorik ve pratik ha· bmlardan ele ahnacaktrr. 1·2. Kimya miihendisligi operasyonlan. Kirnya endiistrisinde kar§!la§llan i§lemlerin incelenmesi hususunda ilk defa olarak ba§anh bir Qah§ma, he· men her endiistri kolunda genellikle kar§lla§IIan ~ok say1daki i§lerr!lerin, ayni ilmi temellere dayanlnasl hususunun kabul edilmesi ile ba§lami§hr. Ornegin, bu i§lemlerin pek ~ogunda sJCak bir aki§kandan soguk bir aki§kana ISI transferi olmaktad1r. Maddenin gaz, sivl veya kah halde, fabrika i~erisinde bir yerden diger bir yere iletihuesi, geni§ ~apta yap!lmaktad1r. Endiistriyel i§lemlerin pek 1.
Catal~
-
Kimya Milhendisligine
Gir~
F. I
3
2 ~ogu,
distilasyon, ekstraksiyon, siizme ve absorpsiybn gibi muhtelif ayuma ve operasyonlarmdan faydalamrlar. "Unit operasyonlar" kavramt, biitiin bu konudaki dii§iinii§lerin uygun alan bir gorii§ i~erisinde kristallenmesinden ibarettir. Endiistriyel i§lemler, birbirleri ile koordine edilmi~, bir seri ayn ayn operasyonlardan olu§mu§tur. Bu i§lemlerin analiz edilmesi ve anla~tlabilmesi hususunda kullamlacak en iyi metod, bu operasyonlann kendilerinin analiz edil~ mesi ve anla§tlmast §eklindedir. Bu sebeple iinit operasyonlar, i~erisinde yer aldtklan endiistriye ti\bi degillerdir, yalmz onlan meydana getiren pratik metodlar, az veya rok, endiistriden endiistriye degi~ir. Bununla beraber iinit operasyonlar kavramt, kimya miihendisliginin pek ~ok konulannda biiyiik ~apta birle§tirilmi§tir. Bu giirii§iin resml olarak ortaya al!h§t, ilk defa 1915 senesinde Dr. Arthur D. Little tara'fmdan ve Massachusetts Teknoloji Enstitiisii'ne sunulan bir raporla olmu§tur. Dnit operasyonlarm tiimii, karakter yoniinden tamamen fiziksel degi§melerdir. Bu sebeple, diger biitiin miihendislik kollarmda uygulanan, temel fiziksel kanunlara til.bidir. Yalmz diger miihendislik kollanndan farkt, bu konularm hakikaten anla§tlabilmesi i~in kimya bilgisine ihtiyag gostermeleridir. Dnit operasyonlarla ilgili teoriler, iyi bir §ekilde anla§tlan ve tammlanmt§ clan kanunlara dayanmaktadtrlar. Bununla beraber bu teoriler pratik cihazlarm yaptm, ~ah§ma ve geli§tirilmele'rinde kullamlabilmelidirler. Kimya miihendisleri, kimyasal proseslerin ve cihazlarm proje]erini ~izecek, bunlan geli§tirecek ve yapacak bilgi ve tecriibeye; fabrikalan verimli, emniyetli ve ekonomik cah§tlrabilme yeteneklerine sahip olmah ve ahetlann arzuladtklan ozelliklere sahip maddeleri yapabilmelidirler. Bu sebeple, kimya miihendisligi meslegi, teorik temellerin yamnda, oldukca geni§ bir §ekilde pratik bilgilere de ihtiyac gostermektedir. Dnit operasyonlarm her birinin incelenmesinde teori ve pratige e§il onem verilmelidir. Bu kitapta konular, bu.gorii§le ele ahmp incelenecektir. safla~l!rma
1·3. ttnit operasyonlar!n i1mi temelleri. Unit operasyonlarm anla§l· !abilmesi iQin en Qok gerekli bilgiler, temel bilimler ve temel mjihendislik konulandir. Bunlar fizik, mekanik ve benzer ilimlerin temel kanunlan olup, bu kitabt okuyan kimselerin bu konulan bildikleri kabul edilerek aQiklamalar yaptlmaktad!r.. Bu bagml!larm bir ktsml, bu biiliimde k1saca actklanacaklardlr. Dnit operasyonlarm bir k1smmm incelenmesi esnasmda, cok iizel bir durum arzeden fiziko-kimyasal bagmt1lar, biiyiik bir iinem ta§Irlar; bu sebeple, yeri geldikce, bunlarla ilgili aciklamalar da yaptlacaktJr. 14. Temel kanunJ.mo. A§ag1da aciklamalan yaptlacak fiziksel ve kimyasal kanunlar, teknolojinin temelini te§kil etmektedirler. Bunlar ifade ve §ekil balommdan basil olmakla beraber, iizel teknik durumlara uygulanmalart kolay anla§Ihr gibi degildir; bu sebeple llygulamnalan, oldukca fazla bir egitim ve
pratige ihtiyaQ gi:istermektedir. Bunlar, kitabm diger biiliiml.orinde, bircok kereler kullamlacaklardir. 1-5. Kiitle dengeleri. Ilk temel kanun, maddenin yeniden yarat!lamlyacagi ve ortadan kaldmlamiyacagim ifade eder 1 • Fiziksel ve kimyasal bir degi~meye ugrayan madde, girdigi cihazda ya birikmeli veya o cihaz1 terk etmeliclir. Bu degi~me esnasmda herhangi bir madde kayb1 veya arllmi meydana gelmez. Bu kitapta sadece kararh (~artlann zamana bagh olarak degi~medigi, bsun l-15'e bakm1z.) degi~meler giiziiniine almacak; bu sebeple, kiitlenin korunumu kanunu, "fiziksel veya kimyasal bir degi~meye giren kiitle 91kan kiitleye e~it olmahd1r" §eklinde, en basit ~ekli ile, kullamlacaktlf. Bu kanun, kiJ.tle dengesi veya bildnroS!t §eklinde de adlandmhr. Degi~meye i§tir&k eden (giren) her§ey, bu bil&n9onun bore kismma, degi§me sonunda te~ekkiil eden (91kan) her~ey de alacak klsmma vaz1hr. BorQlar toplaml, alacaklar toplamma e~it olmahdlf. Kiitle dengesi, degi;menin biitiiniinii, bir cihazi veya bu cihazm bir kismim kapsayabilir. Degi§meye giren ve Qlkan.biitiin maddelere veya bu esnada hiQbir degi§meye 'ugramiyan. maddelere uygulanmahdir. Onit operasyon problemlerinde kullamlan kiitle dengesi e~itlikleri, Qiiziim iQin bi1 temel (ba§langiQ) seQilerek basitle§tirilcbilirler. Bu hususda tipik bir problem, §U 0ekilde olabilir. Bir madde toplulugu akim halinde bir cihaz iQerisinden geQer, bir veya daha fazla komponentin miktan artar veya azahr, bu esnada diger bir komponent veya komponentler, aym aklm iQerisinde degi§meden kahrlar. Bu durumda degi§meye ugrayan komponentin konsantrasyonunu, degi§meye ugram1yan komponentin orani §eklinde ifade etmek uygun olur. Bu §ekilde bir birim kullamlacak olursa, kat1lan veya uzakla~tmlan aktif komponentin miktanm bulmak i9in, ba§lang19 ve sonuca ait konsantrasyonlar, dogrudan dogruya birbirlerinden Qlkanhrlar. Diger taraftan, bir kls1m madde degi§melerinde bir madde toplulugunun tum madde kiitlesi i9erisindeki miktan degi§miyebilir, bir veya birkac komponentin miktarlanmn azalmasi, diger bir komponentin veya komponentlerin miktarlanmn artiml ile kar§IIamr. Bu gibi dururnlarda konsantrasyonlar, alomm tiim kiitlesi esas almarak ifade edildigi takdirde, kiitle dengeleri ile ilgili hesaplamalar, bir komponent esas ahnarak yap1lan hesaplamalara nispetle, daha basit olur. 1 Mevcut bilgilerin t$t8tnda bu ifade, "herhangi bir sistemde madde ve enerji toplann sabit olmahd1r" ~ekl,inde de8i~tirilmelidir. Radyoaktif maddelerin rol aldigl reaksiyonlar, 1 bunun dt~mda kahr, enerji de~hdmi ile elele giden klitle de8i~imi o kadar ufak, bir de!erdir ki· kolayltkla ihmal edilebilir ve pratikte kar~da.?dan pek 90k baUer i9in maddenin korunumu' kanununun ilk ~eklini kullanmak bir sakmca meydana getirmez. Rossini, "Chemicat Thermodynamics", John Wiley and Sons, Inc., New, York (1950), sahife 40- 42'ye baktnt:t.
5
4 Sonu~lan
R$a&rdaki tabloda toplayahm.
1·6. Molekiiler birimler. Kimyasal degi§melerin yer aldigi kiitle dengesi hesaplamalarmda, ag1rhk birimleri yerine molekiile~: birimlerin kullamlmaSl daha kolayd1r. Saf bir maddenin bir molii, onun molekiil agirhgma e§it agnhktaki ki,smi olarak tammlamr. lb-mole ve mol-gr terimleri bu tammdan ~Ika nhr. Bir kan§Imm ortalama molekiil agirhgi, a§agidaki e§itlikle hesaplamr.
WA+Wa+Wc+··-·---M WA!MA+Wa/Ma+Wc/Me+ ... - m
I NaOH I
NaCl
Besleme aktmt, kgr.
1,00
Deri$ik cOzelti, kgr.
1,00
Uzakla$tmlan, kgr.
W A• W 8 , We= kan§Imda bulunan sa£ komponentlerin agirhklan
MA, Ms, Me = sa£ komponentlerin molekiil ag1rhklan Mm = kan§Imm ortalama molekiil agnhg1 1·7. Mol fraksi:!"onu. Bile§imleri agnhk fraksiyonu veya ag1rhk yiizdesi yerine, mol fraksiyonu veya mol yiizdesi §eldinde ifade etmek daha uygun olur. Mol fraksiyonu, bir komponentin mol saylSlmn kan§Imda bulunan komponentlerin mol sayilan toplamma oranmdan ibarettir. Ornegin, (1-1) numarah e§itlikte kullamlan aym sembolleri kullanarak A komponentinin mol fraksiyonu,
WA!MA
H,O
I Toplam
1,00
8,00
10,00
0,04
0,96
2,00
7,04
8,00
(1-1)
I
Yukar1daki e§itlikte :
A komponentinin mol fraksiyonu = WAIMA+ Wn!Mn +We/Me+ ..•
I
(1-2)
Komponentlerin mol fraksiyonlarmm toplami hire; mol yiizdesi, mol frak~iyonunun 100'le qarp1mma e§ittir.
EvaporatOre giren tiim NaOH Buharla$an suyun a8;ITh8;r: (b) COkelen tuzun a£:trh8r: (c) Deri$ik gOzeltinin a£:rrlt£:r:
a~rr1r8r:
....
I
(25.000) (2.500) (2.500) (2.500)
I
0.96 (0,10) = (7,04) = (0,96) = (2,00)=
2.500 17.600 2.400 5.000
kgr/saat kgrfsaat kgr/saat kgr/snat
Aym sonw;, tiim kiitle dengesi kurularak da elde olunabilir. Di8er bir deyimle, deri~ik ~Ozeltinin a£:rrh£r, besleme akrmr a£:rrh£;mdan buharla$ma ve gOkelme sureti ile uzakia.<}tmlan kornponent a£:rrltk1annm gtkanlmast ile elde olunur Derijik
~ozelti
agirhgt = 25.000- (17.600
+ 2.400) =
5.000 kgr/saat
Omek 1- 2. Rektifikasyon diye adlandmlan (bOliim 6'ya bakmtz) distilasyon metodunda, u!(ucu komponentlerin yogunla$an buhar ve kaynayan c;Ozeltileri, rektifikasyon kolonu i~erisinde ztt yOnlerde akarak birbirleri ile temasa gelirler. Daha w;:ucu komponentler, stvt fazdan buhar fazma ve daha az uyucu komponerrtler ise buhar fazmdan s1vt faza ge~ rnek isterler. Sistemin enerji ba.8;mtlSl, bu operasyon boyunca hem buhann ve hem de stvtnm mol sayllan sabit kalacak ~ekildedir. Diger bir deyimle, buharla~an her mol komponente kar~rhk, e~it say1da komponent yo&unia$lf. Etanol-su kan~rmmm rektifikasyonuna ait Ozel bir hal i!;in, fazlan temasa getiren cihaza gircn vc ytkan buhar ve srvt fazlannm analiz sonu~lan, a~a&tda ve'rilmi~tir. Akrmlar
Omek 1·1. Bir evapOratOr, 25 tonjsaat debi ile ve devamll olarak %10 NaCI, %10 NaOH ve ·%80 H20' dan ibaret bir !f0zelti ile beslenmektedir. Evaporasyon operasyonu esnasmda ~SOzelti kaynar ve su buharla~arak s:Ozeltiden uzakla~tr; NaCl kristal halinde aynltr ve evaporatOriin dibine !fOker; zaman zaman buradan ahnarak ana s:Ozeltiden uzak.la$tmhr. Evaporat6rU terk eden deri~ik s:Ozelti, %50 NaOH, .q>oz NaCl ve %48 ~0 ihtiva
Dstten giren SIVI Alttan' gtkan SlVI Alttan giren buhar
etmektedir.,
Ostten
Bir saatte buharla~an suyun a&uh8;rm hesaplaymrz, (b) bir saatte c;Okelen tuzun · airrb~rm hesaplaymiZ ve (c) bir saatte evaporatOrli terk eden deri~ik ~Ozeltinin a8;trh&tm
"
~akan
buhar
Etanolun mol ylizdesi
Suyun mol yiizdesi
75,1
24,9 74,9 59,8 22,7
25,1
40,2 77,3
(a)
hesaplaytmz.
c;Qziim.. (a) NaOH evaporasyon esnasmda de8;i~meden kalan tek komponent oldu8;u i!rin, H 0 ve NaCI'lin konsantrasyonlanm NaOH'i esas alarak ifade etmek daha uygun 2 olur. Besleme aktmmda: kgr. H,Ofkgr. NaOH = 80/10 = 8,QO kgr. NaCl/kgt. NaOH = 10/10 = 1,00 Deri1ik ~ozeltide:
=
kgr. H,O/kgr. NaOH 48/50 = 0,96 kgr. NaCI/kgr. NaOH = 2/50 = 0,04
Buna gOre, kolonda yukandan a!):agtya do&ru akan stvtmn her moliine mol buhar, yukanya do.8;ru yiikselir.
kar~iltk,
kac;
~Oziim: Bu durumda hem buhar ve hem de srv1 fazm mol sayrlan sabit oldugu i~in konsantrasyonlar ~n ,iyi -1ekilde, moleki.iler birimlerle ifade olunur. Bu mol fraksiyonu veya mol yUzdesi olabilir. Mol fraksiyonu, mol yiizdesini 100 ile bOlerek elde olunur. Stvt faztn 1 moliinii ~Oziime esas alahm ve buhann mol say1sma V diyelim. Buna gOre stvr fazm kaybettigi etanol (0,751-0,251) mol ve buhar fazmm kazandtgi etanol ise V (0,773 -0,402) mol olut. Bu degerleri, birbirlerine e~it yazahm.
6
7
v
(0,773 -0,402) = 0,751-0,251 0,500 V = , = 1,348 mol buharjmol s1v 1 0 371 Stvt fazdan buhar fazma 0,500 mol etanol ge~mesme · k'ar~thk, buhar fazmdan stvt faza 0,500 mol su ge9er ve bOylece biri di&erini dengeler.
1-8. ~az kanunlan. 1deal gaz kanunu, oldukga fazla faydalamlan bir bagmhdir. Ideal gaz kanunu hakikl gazlara 1 tam olarak uygulanamamakla be· r~b~r, orta derecedeki bas1n9 ve temperatiirlerde pek Gok gaz ve buhar, miihen· d1shk q~h~malan i9in tatminkar olan hassasiyet s1mrlan iQerisinde, bu kanunlarl~ 'Y' sonu9lar verirler. Ideal gaz kanunu, genellikle a§agJdaki ~ekilde ifade ed1hr. PV=nRT Yukandaki e§itlikte :
(1-3)
P = basm9 V= hamm
T = mutlak temperatiir ' R = sabit, (biitiin gazlar igin aym) n = gaZII: mol saylSI Yukandaki e§itlik, nadiren bu ~ekilde kullamhr. Bununla beraber, ;; 9 olay1 if~de eder .. Bunlardan birincisi, gaz hacmmm mol say1lan ile dogru orant 1h olmast; ~kmcist, gaz hacmmm mutlak temperattirle dogru orantdt olmas1 ve tic;iinciisii Ise, gaz hacmmm basmda ters oranhh olmastdir. Bu son bagmti bir basmc; ve temp'::ra~iir~e. bulunan gaz hacmmm bir ba§ka basm 9 ve teU:peratiirdeki hacme donu~turulmesinde bilhassa iinemlidir. Ornegin, mutlak temperatiiriin T, ve mutlak basmcm P, oldugu bir hal iQin ideal bir gaz, V 1 ms liik bir haC!m I§gal etmektedir. Bu gaz, T, temperatiiriinde ve P, basmcmda bir v2 hacmini I§gal edecektir. Bu hac1m, a§agtda verilmektedir.
(1-4) Hangi terimin payda · ve hangi terimin paydada olduguna karar vermek ;9;u (1-4) numarah e§itligi ezberlemege ihtiya9 yoktcr. Basmcm artmast ile hacmm ku~iilecegini, temperatiiriin yiikselmesi ile hacmm biiyiiyecegini bilmek k!ifidir. 1
ooc derece ve kadardtr.
1 atm. basmc;
i~in havanm ideal gaz kanunundan sapmas 1 % 0,1
Mutlak tempcratUr Kelvin (K) derecesi olarak ifade edilebilir bu takdirde santi~ grad + ,273,1'~ e$itti.r veya Rankine derecesi olarak ifade edilebilir, bu' takdirde Fahrenheit -t-459,6 ya C$lt olur. 2
1·9. Mol hacnn. (1·3) numarah e§itlik, belirli bir basm~ ve temperatiirde herhangi bir gazm bir moliiniin, gazm cinsine tfrbi olmaksizm, daima belirli bir haem! i§gal edecegini giistermektedir. Bu hacme mol haem• ad1 verilir. 1deal bir gazm 1 mol-gr'I ooc derece ve 760 mm Hg basmcmda 22,41 litrelik bir haCim i§gal eder. !deal bir gazm 1,0 lb-mol'ii 32°F derecesinde ve 760 · mm Hg basmQta 359 ft"'liik bir hacun veya 60°F da 30 inG basm9 altmda 378 ft''liik bir hac1m i§gal eder. * Basm9 ve temperatiiriin ba§ka degerlerinde 1,0 mol-gr wya 1,0 lb-mole'iin i§gal edecegi hacnnlar, (1-4) numarah e§itlik yard1m1 ile hesaplanabilir. !deal gaz kan§Imlan ile ilgili i.inemli bir bagmtt, Dalton'un klSin! basmglar kanunu · diye adlandmhr. Bn kanuna giire ideal gazlardan meydana gelen bir gaz kan~pmmm topht basmc1, bu gazlann aym hacmt aym temperatiirde tek tek i§gal ettikleri zaman yapacaklan basinQlarm toplamma e§ittir. Aym bagm· hy1 ifacle eden diger bir metod da Amagat'm kt5mi hactmlar kanunu'dur. Bu kanuna gore ideal gazlardan meydana gelen bir gaz kan§Immda gazlardan her biri, gaz kan§Imtmn topln basmcmda kendi m
5t
Hacm1 ·==
6rnegin, hava hacmen %79 azot
1
% basmG == % mol
(1-5)
ve %21 oksijenden ibarettir. P atm. basm9·
* 1Imi ~ah~malarda standart ~artlann 0° C derece ve 760 mm Hg basm\= olmasma kar$thk, mUhemHslik c;ah~malannda standart !lart 60°F dercce ve 30 in. Hg basmctdlf. 30 in.'Jik-Hg oas~nCI 762 mm Hg basmcma C$degerdir. Bununla beraber, bir atmosfer terimi birden fazla anlamda kullamhr. 1 · Kuru havanm bile$imi hususunda en iyi analiz sonucu R$a~tdaki gibidir.
A
% 78,09 OJo 20,95 OJo 0,93
co,
%
N2
·:o2
0,03
% 100,00 Pratik olinast sebebi ile argon ve di8er soy gazlar azot gazma ait yiizdeye katthr. Bu du~ rumda N, = % 79,05 ve 0 2 = % 20.95 olur. Goff, Trans. ASME, 71 : 903-913 (1949)'a baktmz.
8
9 3
da 1,0 m hava gozonune ahnabilir. Bu durumda kan§Jm P basmcmda 0,21 m• oksijen ile gene P basmcmda 0,79 m3 azotton miite§ekkildir. Aynca 0,21 P atm. basm~ta 1,0 m3 oksijen ile 0,79 P atm. basm~ta 1,0 m3 azottan ibaret bir kaTI§Im olarak da dii§iiniilebilir. Bu sebeple, toplu bo.smcm %21'i oksijen ve %79'u azot tarafmdan meydana getirilmektedir. Sonu~ olarak 1,0 mol havamn her temperatiir ve basm~ta 0, 79 mol azot ve 0,21 mol oksijenden meydana gelmi§ ol, dugu siiylenebilir. Omek 1 ~ 3. Bir ~Ozilcii kurtarma sistemi, benzen buhan (C6 H6 ) iJe doymu., bir gaz !;akarmaktadtr. Bu gazm benzen hari~ analizi o/o 15 C02, %4 q:!, ve %81 N2'dan ibaret olup, gaz 750 mm Hg. basm9 ve 21 °C derecede bulunmaktadtr. Bu gaz Once 5 atm.'e bastmlmakta ve bastirmadan sonra 21 °C dereceye so~utulmaktadtr. nu- gazm 1.000 m3'i.inden bu i$lem sonucunda ka9 kgr. benzen yogunla$tr. Benzenin 21 °C derecedeki' buhar basmct 75 mm Hg.'dir.
~Oziim. Hac1m yiizdesi, basm9 yiizdesine e~it oldugu i9in, inert gazm hacmt (1000) 900 m 3 'diir. Bu hacim, a~afbda g6sterildi£;i $eki1de mol sayilarma dOn~
(750-75)/750 tiiriilebilir.
=
900 ) ( 273 ) ( 750) ( 22,4 273 + 21 760 = 36,82 mol-kgr inert gaz Bastlrmadan Once ve sonra, mol benzen buhanfmol inert gaz. oranlan: Basttrmadan Once Bastxrmadan sonra
.750-75
0,1!1!
,75 (160) \5)- 75
0,0201
Buna gOre, inert .sazm her mo1iine kar~1hk
0,1111-0,0201 = 0,0910 mol benzen
(0,091)(36,82) = 3,35 mol-kgr.
(3,35)(78,1)
yogunla~maktadir. Bu durumda yogunla~an benzenin aguh~IJ:
veya
= 261,635
kgr.
6rnek 1-4. Dii~ey bir ytkama kulesinden %25 amonyak ve %75 havadan ibaret bir gaz kan~tmt, a~a81dan yukanya do£:ru ge!firilmekte ve kulenin list k1smma su pompalanmaktadtr. Kulenin list klsmmdan 91kan ytkanmt~ gaz %0,5 , kulenin alt ktsmmdan sakan sulu !;Ozelti ise, %10 (a8uhk yiizdesi) amonyak ihtiva etmektedirler. Giren ve s:tkan gaz ak1mlan, su buhan ile doymu~ durumdadtr. Qaz, kuleye 38 oc derecede girmekte ve 21 °C derecede kuleyi terk etmektedir. Her iki gaz ak1mmm ve kule is:indeki gazm basmc1 1,05 kgr/cm'2 (geys: basmct) dir. Buna sebep, kule is:erisindeki basms: dii~li~iiniin ihmal oluna~ bilecek kadar ufak kabul ediJmesidir. Kuleye giren gazm debisi 1.000 m 3/dakika olup, bu gaz 15,0 °C derece ve 760 mm Hg basmcmda Ols:iilmii~tiir. Kuleye giren amonyagm yiizde kas:1, su tarafmdan alJsorplanmamt~ttr? Gaz aktmmdan saatte kas: kgr su yogunla!;imt~tlr? Kulenin list klsmma dakikada kas: m 3 su pompalanmaktadir? COztim. Problem bir gaz kan$Inlt ile ilgili oldugu is:in (1-5) numarah e~itli8in kullamlmasi, faydah olur. Aym zamanda gazm temperatiir ve basmc1 da de8i~mektedir. Bu sebeble, klitle dengesi hesaplanmalan, mol-gr esas almarak yaptlacnk olursa, !f6zllm basit1C$ir. Clinkti mol-gr temperattir ve basmca tilbi de8ildir. Ytkama kulesine amonyakla birlikte·<
giren hava, kule is:erisinde a~trhks:a hi!f · bir de&i~ikli&e uSramaz. Kuru ve amonyak hariy hava, absorplanan amonya&m mol sayisim hesaplamak is:in s:Oziime esas ahnabilir. 15 °C derece ve 760 .mm Hg basmcmda mol hacm1 22,41 m 3/mol-kgr, ytkama kulesine giren tiim amonyak ve havamn mol say1s1 1.000/22,41 = 44,6 mol-kgrfdakikadtr. Gaz ·analizleri, daima hac1m yiizdesi :o;eklinde ve genellikle kuru gaz iizerinden hesaplanmi~tlr. (1~5) numaralt e!;iitli8e gOre, hactm ylizdesi, gazlar i!fin aym zamanda mol ylizdesid~r. Bu sebeple, absocpsiyon koluna giren N.H.a'in mol say1s1 (0,25)(44,6) = 11,15 mol-kgr/dakika ve kuru hava (0,75)(44,6) = 33,45 mol-kgrjdakikad1r. Absorpsiyon kolonunu terk eden gaz kan!tmmda amonyagm havaya oram 0,005/0,995 ve absorplanmayan Nlf;,'iin mol sayiSI (33,45) (0,005/0,995) = 0,168 mol-kgr/dakikadJr. Kolona giren amonya~m absorplanmayan yiizdesi, (0,168/11,15)(100) = %1,51. Suyun 38 °C ve 21 °C derecelerde buhar basmc1 suas1 ile 0,0666 ve 0,0255 kgr/cm: dir (ilave tablola.r 9'a bakmtz.) Gazm mutlak basmc1 1,05+1,03'= 2,08 kgr/cm2 ; kuleye giren gaz i!ferisindeki ~O'nun ktsmi basmct 0,0666kgrfcm12 ve kuru gazm ktsmi basmc1 ise 2,08-0,0666 = 2,0134 kgr/cnfZ'dir. Ktsmi basm!f oram, mol oram ile aym oldugu is:in, giren gaz i~erisindeki H,O'nun mol saylSI (0,0666/2,014)(44,6) = 1,47 mol-kgr/dakika•d~r. Kolonu terk eden gaz is:indeki hava ve an'lonya§m mol sayllan 33,45 +0,168 = 33,618 mol-kgr/dakika ve bu gaz ak1m1 i~erisindeki II,O'nun mol sayJSt (33,618)(0,0255)/(2,080,025.5) = 0,42 mol-kgr/dakika'dlr. Gaz ak1mmdan yo~unla1an suyun ag~rbg1 (1,47- 0,42) (18)(60) = 1,134 kgrjsaat'd1r. Y 1kama kulesini terk eden s:Qzelti, ajirhk!f3. % 10 N~ ihtiva etmekte ve dakikada 11,15-0,168 = 10,982 mol-kgr. NH, !a!tmaktadJr. Buna gore, ~ozeltideki suyun agrrhgt, (10,981)(18)(0,90/0,10) = 1.780 kgr./dakika olup bunun 1.134 kgr/saat veya 18,9 kgr/dakika kadan giren havadan absorplanmi~tir. 1.780-.18,9 = 1.761,1 kgr/dakika kadan ise kuleye pompalanmahdlf. Bu 1,761 m 3/dakikadlr. Dikkat edildi~i takdirde, kuleye giren gazdan absorplanan (yo~unl~an) suyun miktan yakl8$tk olarak %10'dur; bu sebepten, kulenin kullandtitt suyun miktan hesaplamrken ihmB.l olunabilir.
1-10. Mekanik kammlar, Mekanik e§itliklerin temelini te§kil eden Newton kanunu, a§ag1daki §ekilde yaz1labilir: F, = kma
(1-6)
Yukandaki e§itlikte : F, = cisme tesir eden biitiin kuvvetlerin bile§kesi m
a
= cismin kiitlesi.
Kiitle, cismin bulundugu duruma ve h1zma tiibi degildir
= cisme
tesir eden kuvvetlerin cisme verdikleri yonde, cismin ivmesi
k = kuvveti, kiitleyi, uzunlugu (yolu) ve zamam iilc;mek ic;in sec;ilen birimlere tabi bir sabit
(1-6) numarah e§itlikten §u sonuc;, c;1kanhr. Bir cisim hareketsiz veya diizgiin bir hareket (ivme s1f1r) halinde ise, bu cisme tesir eden biitiin kuvvetlerin
10
11
bile$kesi, s1flr olmahd1r; bunun aksine Cisme tesir eden kuvvetlerin hepsi, ortadan kaldinlacak olursa, kuvvetlerin bile§kcsi ve ivme s1f1r olur, cisim ya hare-
ketsizdir veya diizgiin dogrusal bir hareket yapmaktad1r. a = du/dt oldugu iGin, (1-6) e~itlik a§ag1daki §ekli ahr. .
d
Fo ~ k dt (mu)
lik 1 lb'luk bir kiitlenin ag1rhg1 iQin kullamlacak olursa, degeri 32,174 ft/sec3 alan ivme, bize F.'m degerini verir ve bu da 32,174 pounclal'd1r. 1 Poundal pek fazla kullamlan bir birim olmadJg1 i9in kuvvetin ag1rhk olarak ifade edilmesi istenilir. Bnnun iQin (1-6) numarah e§itligin sag taraft bir sa bit ile boliiniir. Sonug a§ag1daki gibidir.
(D)
F~m.L
(1-8)
g,
Yukandaki C§itlikte u, cismin hiZI ve I, ise zamand1r. (1-7) numarah e§itligin siizle ifadesi §oyledir: Cisme tesir eden kuvvetlerin bile§kesi, cisme tesir eden momentin zamanla degi§en luz1 ile orant1hdJr. 1-11. Temel ve tiiretilmi~ birimler. Fiziksel biiyiikliiklerin iikiildiigii hirimier iki gruba aynhr. Birinci · grup, birimlerin oldukGa ufak bir k1smm1 te§· . kil eden ve temel alan birimlerdir; ikinci grup ise, birinci gruptaki birimlerle ifade olunurlar. 1kinci gruptaki bu birimler, liiretilmi§ birimlerdir. Birinci gruptaki birimlerin seqimi, hem,sayJ ve hem de tip olarak, olduk9a keyfldir ve daha ziyade ku!lam§h olup olmamalan esas ahmr. Bu kitapta ele alman konularda uzunluk, kiitle, zaman, 1s1 ve temperatiir temel kavramlan te§~il ederler.
Kuvvet, kiitle ve ivmeye ait birimler arasmdaki bagmt1, (1-6) numarah e§itlikle kurulur. Bu e§itlikteki biiyiikliikler iGin muhtelif birim sistemleri ortaya attlrn1§t1r 1 1ki birim sistemi, kimya miihendisligi yiiniinden iinemlidir. Bunlardan biri santimetre-gram-saniye veya k1saca c g s sistemi; digeri ise, foot-pound-second veya klsaca f p s sistemidir. Bunlardan birincisi fizik, kimya, matemat'ik gibi temel birimlerle, 1ngili,ce konu§an milletler toplulugunun d1§mclaki milletlerin miihendislik kollarmda; ikincisi ise, 1ngilizce konu§an milletlerin giinliik hayatlarmda ve miihendislik kollannda kullamlmaktacl1r. · c g s sistemincle k sabiti sadece bir say1 olup, birimi diger biiyiikliiklerin ·bF.· rimlerine tabidir. Kiitle, gram; ivme, santimetre/(saniye)" olarak birimlenclirilir. Din, 1 gr'hk bir kiitleye 1 cm/(saniye)' degerinde ivme veren kuvvet olarak tammlamr.
Bu clurMmJa g,, sadece say1sal bir sabittir ve kuvvetin kiitle lie ifadesini saglar. '\',ybtiiq!ilhG1kland1g1 gibi, temel tammlarm yaptlmasmda kullamlan birimle~in,'lf§il9'ifui, tamamiyle keyfidir. Bu husus pound, feet ve second igin de dogruclur. Diger biitiin tiiretilmi§ birimler iQin temel birimlerin kullamlmas1 uygun olur ve bu durumda temel biiyiikliikler pound-mass, feet, second ve poundforce· ileliifade olunuriar. 0 Bu diirt birim, temel birimler ol~rak kabul edilecek ol\xr~a,,sll~keyfl bir sabit olmaktan 91kar. Bu durumda g,, e§itlige say1sal bir sabit:"Eoia'rak degil (kiitle)(ivme)/(kuvvet) oram olarak girer ve boyutu (lb-mass)(length)/(lb-force)(sec')' dir. 3 (1-8) numarah e§itlikteki terimler incelenecek olursa, gjg, orammn yakla§Ik olarak 1,0'e e§it oldugu giiriiliir. Bu oramn kullamlmasmdan maksat g'nin hakikl degerinin deniz seviyesinden itibaren iiiQiilen yiikseklige ve arz derecesine til.bi olarak degi§mesidir. g'nin clegeri, sadece deniz seviyesinde ve 45° enleminde 32,174 ft/sec' (veya 9,8 m/saniye0 ) dir. g clegerinin yiikseklik ve enlem derecesine til. hi olarak clegi§imi o kadar azd1r ki, pratikte g/ g, oramnm degeri 1,0 olarak ahnabilir. 4 1ki "pound" terimi kullamlrn1§ olup, bunlardan biri lb-mass ve digeri de lb-force diye yaz1hr ve gogu zaman kan§Ikhga sebep olur. Bunlann c g s sis1 (1-6) numarah e$itlik 1 kgt (kgr-klitle)'lik bir ktitlenin aguhfi:t icin kullamlacak olursa, degeri 9,8 m/(saniye)'Z olan ivme, bize F 0 'm deB;erin·i verir Ve bu da 9,8 kgr (kgr-kuvvet), dtr.
f p s sistemi kullamlrug1 takdirde k yine bir sabittir, kiitle lb ve ivme ft/sec" olarak birimlendirilir. (1-6) numarah e§itlikte bu birimler kullamlacak olursa, kuvvetin birimi 1 lb'luk bir kiitleye 1 ft/sec" ivme veren kuvvet diye tammlamr \'e poundal diye adlandmhr. Fakat 90k nadir kullamhr.
cgs sistemi icin kgr- kiitle, metre, saniye ve kgr- kuvvet. cgs sistemi i~in (kgr- kUtle) (uzunluk)/(kgr- kuvvet) (zamanl' 4 "International Critical Tables" adh eserde A.B. Devletlerinin 61 istasyonuna ait g de~erleri verilmi$tir. Bu istasyonlann deniz seviyesinden ylikseklikleri 3 i13. 7470 ft ve enlem dereceleri 24 ita 49 arasmda degi$mektedir. g'nin ortalama de8eri 32,141 olup, gfge = 0,9989'
1 lb'luk kiitleye diinyam1zm yapm1§ oldugu Gekim kuvvetinln birimi hususunda ayn bir grup birim kullamlmas1 oldukga yaygmd1r. (1-'6) numarah qit-
dur. Maksimum ve minimum de8erler a$a8;Ida verilmistir.
1
Eshbash, "Handbook of Engineering New york (1936) sahife 3 - 5
Fundamentals", John Wiley and Sons, Inc ..
:2"
'
tstasyonlar Maksimum : Seattle Minimum :Key West
Ytikseklik, ft Enlem derecesi 190 3
47° 24°
g 32,176 32,118
gfg, 1,00006 0,9982
gfgc oranmm 1,00 kabul edilmesi binde ikiden daha az bir yandmaya yol ac;ar.
12 temindeki kar~1hklan kgr-kiitle ve kgr-kuvvet diye yazllabilir. Bu kan~1khg' onlemek iQin (1-6) numarah e~itlikte kuvvetin birimi, poundal (kilopond) ile ifade edilir ve F, sembolii ile gosterilir. Kuvvet, (1-8) numarah e~itlige gore, lb-force (kgr-kuvvet) ile ifade edildigi zaman sembolii sadece F'dir. f p s birimlerini kullamrken iki husus unut ulmamahd1r. Hem· kuvvet ve hem de kiitle "pound" ile ifade olunm'akla beraber, bunlar birbirlerinden tamamen farkhchrlar ve farkh boyutlara sahiptirler. !kinci husus g/nin bir ivme olmamaSidlr. g;nin say1sal degeri, deniz seviyesindeki ivmenin ortalama degerine qit seQilmi§tir. f p s sisteminde basmQ lb-forcejft' veya lb-force/m" ile, c g s sisteminde ise kgr/m" veya_kgr/cm' birimleri ile ifade edilmektedir. 1-12. Enerji ~engesi. Kiitlenin korunumu kanununda oldugu gibi, bir proses veya operasyona giren ve Qlkan enerjiler toplmm sabit olup, enerjinin 'korunumu kanunu diye adlandmhr ve aym gerQegi ortaya koyar. Bu kanunun geQerli olabilmesi iQin proses veya operasyonla ilgili IS!, mekanik enerji, elektrik enerjisi, radyasyon enerjisi, kimyasal enerji veya diger cins enerjiler olmak iizere her tiir enerjinin gOzOniine almmasi l:izJmdlr. 1·13. Denge bagmtilari. Kendiliginden bir degi§meye ugrayan sistemler, bu degi§meyi belirli bir yonde yaparlar. Kendi hallerine terk edilecek olurlarsa, daha fazla degi§menin meydana gelmedigi bir hale ula§!r]ar. Bu hale denge hali ad1 verilir. Ornegin, s1cak bir demir parQasi soguk bir demir parQaSI ile temasta bnakdacak olursa, siCak demir sogur ve soguk demir Jsimr, bu hal bir den5eye ula§mcaya kadar devam eder. Denge halinde iki demir parQaSI aym temperatiirdedirler. Bir ba§ka ornek, su ile dolu bir beherglas iQerisine bir tuz parQac1g1 atllacak olursa, yeteri kadar tuz bulundugu miiddetQe, Qiiziinme devam eder. Temperatiir, sabit tutulacak olursa, Qozelti iQerisindeki tuz konsantrasyonu belirli bir degere eri§ir. Burada da 96ziiume olay1 bir denge noktasma eri§ildigi zaman belirli bir §ekilde son bulur ve Qiizelti doymu§ bir Qiizelti olur. Bu gibi durumlarla pek 90k kar§llU§lhr, sislemle ilgili §artlarm bir kismmda her• hangi bh degi§meye ugramaks1zm denge hali degi§tirilemez.
13
1·14. Degi~menin debisi. Gene!likle kimya miihendisi, degi~menin meydana gelme debisine gosterdigi ilgi kadar, dengenin meydana gelme §artlarma ilgi gostermez. Kimyasal veya fiziksel bir degi§menin uygun alan bir zaman zarfmda ve yine uygun say1da cihazla yap1labilmi~ olmas1 onemlidir. 1 atm. basmca sahip SU buhan i!e suyu 100°C dereceye !Slimak istersek, istenilen dengeye ula§abilmek igin, teorik olarak, sousuz biiyiikliikte bir cihaza ihtiyaQ vardlr. Degi§me, denge durumundan uzak tutulaoak olursa (100°C derecede bulunan su buhan yerine 121 oc derecede bulunan su buhan kullamlarak), uygun biiyiikliikteki bir cihaz, bu i§i goriir. Sistemin denge durumuna yakla§ma debisi, iki faktoriin tesirlerinin bile§imi §eklinde ifade edilir. Bunhirdan biri, degi§menin meydamr gelmesi i~in gerekli itici giicii temin- eden potansiyel faktorii; digeri ise, belirli bir potansiyelde degi§menin lnzmr kontrol eden diren9 faktoriidiir. Potansiyel faktoriine ornek olarak, igerisinden su akan yatay bir borunun iki ucu arasmdaki basmQ farkm1 gosterebiliriz. Su, yiiksek basmQta bulunan bir noktadan a!Qak basmQta bulunan bir noktaya dogru akmak ister, basmQlar aym oldugu zaman dengeye eri~ilir. Suvun akma3ma kar§t koyan diren9, su ile borunun i9 yiizeyi arasmdaki siirtiin;,edir. Bu §ekilde, meydana geleri olaym iki faktore aynlmas1 gerekir. Bunlardan biri, olaym meydana gelmesine sebep olur, digeri ise ann onlemeye ~ah§!r. Denge §artlan konusundaki bilgilerin miihendislik yoniinden iinemi, potansiyel faktoriiniin tayjn edilebilmesi imk&mm vermesidir. Giinh. denge halinde bu, s1fira e§it olur. Ornegin, s1cak bir demir parQasmdan soguk bir demir par9asma kondiiksiyonla lS!nm transferi halinde, temperatiirlin aym degeri al: mas! ile dengeye irla§Ihr. Denge halinden once iki parQamn temperaturlerl arasmdaki fark, itici giigtiir. Bununla beraber, denge ile ilgili bilgiler potansiyel faktoriiniin tavinini miimkiin kllar, fakat direnQ faktorii hususunda herhangi bir §ey soylemez: Bu faktoriin, potansiyel faktoriimlen daha fazla onem ta§lmasl miimkiindiir. Herhangi bir sistem denge halinden uzakta bubnabilir ,.e denge durumuna o kadar yava§ bir debi ile yakla§ll' ki, pratikteki uygulamalar i~in bu yakla§ma onem ta§Imaz ve sistemde herhangi bir degi~menin olmadigl kabul
edilir. Bu paragraftaki gene! dii§iinii§, a~ag1daki diferansiyel e§itlik yardm11 ile matematik olarak ifade edilebilir : (1-9)
Kimyasal ve fiziksel denge durumunun tam bir incelenmesi, termodinamigm konusunu te§kil eder. Bununla beraber, kitablmiZ!n konusunu le§kil eden· operasyonlarda kar§Imiza 91kan denge bagmtllan, oldukQa basittir. lsi transferinde, denge durumuna eri§ildigi zaman sistemde muntazam bir temperatiir dagllrmi goriiliir. Bir ak1§kan kiitlest gozoniine almacak olursa, hidrostatik basm~
yukandaki e§itlikte :
dagtltmmm muntazam olmast dengeye eri§ildigini gOsterir. Buna benzer denge durumlan, zaman zaman kar~1m1za gtkacakhr.
e =zaman
Q = transfer edilen veya reaksiyona giren miktar (tsl, madde Yeya enerji olabilir) F = itici giig R = direnQ
14
15
Yukanda diferansjyel bir e§itlik §eklinde yazilmi§ olan hagmtJcla debi, itici giiciin Jirence biiliinmesine e§ittir. Bu bagmtmm diferansiyel bir e§itlik §eklinde olmasi gerekmektedir. Giinkii. degi§me bir cii1azm giri§ ve Qiki§ baglantllan arasmda meydana gelmektedir. Bu noktalar arasmda itici gi.iciin, direncin ve bunlara bagh olarak debinin degi§mesi miimkiindiir. Muhtelif operasyonlann temel tem·ileri incelendikten sonra, bu konuya tekrar diiniilecektir. 1-15. Kararh hal. kerisinden su buhan ge~irilen spiral bir ISiliCimn, iGe· risi S\1 ile dolu bir tanka daldmlmi§ oldugu bali giiz online alalun. Sadece su buharnun basmc1 sabit olnp, biitiin diger §artlar (su ile su buhan arasmdaki temperatiir farki, suyun ve ISittci borulnrmm Istsal direnci ve digerleri) zamanla degi§ir. Operasyon §artlanmn zamana tabi olarak degi§mesi haline ka-
1-17. Boyutlu fonniiller. Tiiretilmi§ birimlerle iil9iilmii§ bir biiyiiklii· giin boyutlu formiili~ konu olan biiyiikliigiin temel birimlerinden tiirer ve on· larla ifade olunur. lvme, luzjzaman ve ·luz ise, uzunlukjzaman olarak ifade edilir. Bu sebeple, ivmenin boyutlu formiilii,
L
[a]~ ()i ~
LG- 2
Kii§eli para~tez ile ifade olunan [a] senlbolii, a biiyiikliigiiniin boyutlu formiilii anlammdadJr. Her bir boyutlu formiil Mrt. L ~ OY .. §ekline sahiptir ve burada .\1. L, e kiitlenin, uzunlugun, zamamn v.s. boyutlanm gi:isterirler. Biitiin iist terimleri, pozitif veya negatif tam say1, integral faktor veya sifirdir.
rm:slz veya siireksiz hal adt verilir.
Diger taraftan bir boruyu gbz ()ntine alahm, bu boruya
SU 1
sabit tempera-
1-18. Birimlerin doniisiimii. Tiiretilmis bir biiviikliik bir birim sis· temi ile (ornegin, nietrik sistem) ifade edilmi; ve bir -ba§ka 'birim sistemine (iirnegin, lngiliz sistemi) donii§tiiriilmesi isleni:mi§ ise, foril)iiliin boyutlanna uygun diinii§iin1 faktiirlerinin uygulanmas1 gerekmektedir. Bu donii§iim faktiirleri, sadccc say1lardan (boyutlara sahip olmayan) ibaret olup, bir sistemdeki biiyiikhigiin diger sistemdeki biiyiikliige oramndan meydanil gelmi§tir
tiirde girsin ve sabit bir debi ile aksm. Bu boruyu saran caket de sabit tempe· ratiirde bnlunan su buhan ile beslenmi§ olsun. $artlar, borunun farkh klSimla· nnda birbirinden farkh olmakla beraber, aym born kesitindeki §artlar (suyun temperatiirii, temperatiir fark1, Jsisal direnq) zamanla degi§mezler. Bu §ekildeki bir hal, kararll hal diye adlandmhr. Bu gerQek hir denge hali olmaYJp, dinamik bir dC'nge halidir. Snya transfer edilen tsmm miktan, su ak1m1 tarafmdan absorplanan miktarla dengelenmi§tir. Kararh halin gerqek durumu, §artlann farkh ·noktalarda farkh olmasma kar§Ihk, bu noktalardaki §artlann zamanla degi§memc·sidir. Kararh hal, hemen hemen biitiin devamh proses \"e operasyonlann karah' teristik iizelligidir. Karars1z hal, devamh olmayan proses ve operasyonlarla; de·
Ist transfer debisi ile ilgili deneysel bir 9ah~ma sonunda, tst transfer katsayiSI i<;in h = 396 Btu/(ft2)(°F)(hr) degeri elde olunmmtur. Bu katsaymm kgr. kalj(m::!)(°C)(hr) birimi ile kar-
,·amll operasyon ve proseslerin ba§langH~' Ye biti§ zamanlarmda kar§lmtza c;1kar.
~Itl
Boyutlar ve birimler. Fiziksel biiyiikliiklerin, sadece bir say1dan ibarct olanlardan aynlmaSJ kin, birimlerle belirtilmeleri gerekir. Bu birimler uzunluk, kiitle, temperatiir veya diger biri olabilir. Miihendislik 9ah~malannda kar~Ila~Ilan giiGliiklerden biri de, baz1 hallerde kullamlan birimlerin 90k ve degi~ik olmasidJr. Bu degi§ikliklerin ilki, metrik sistemle 1ngiliz sistemi arasmdaki farktir. lkincisi ise bu sistemlerin her biri iGerisindeki birimlerde goriilen farkh· hklard1r. Basit bir birimle birimlctidirilmi~ bir biiyiikliigiin diger bir birime do, nii~tiiriilmesi kolaychr. Bu diinii§iim, sadece bir faktOrle 9arpmaktan ibarettir. Ornegin, bir uzunluk 10 metre ise, bunun fps sistemindeki kar§Iti, bir metrenin 3,3 foot olmasi sebebi ile 33 ft'chr. Biitiin bu gibi bagmt1lar, 90k basit olduklarmdan dalm fazla iizerlerinde durmaya ve incelemeye ihtiyaq gostermezler. Yalmz 5u hususun aGiklanmasmda fayda varchr. Ters oranm kullamlmas1 gerektigi ycrlerde bunun yerine dogru oramn veya bunun aksinin yapllmasi, hesaplamalan son derece basitle~tirir. Bununla beraber, kc.mpleks birimlerin ·kullamldigi hallercle diinii~um, bu kadar basit degildir. 1-16.
Ornek 1 - 5.
Isr transfer katsaylSlnm h, boyQ.tlu formi.ilii a~n!hdaki gibidir.
\h]=QL-29--IT-I
nedir?
<;Ozllm. ) :Btu.
_
?
1 k gr. ka-1- 0,.,52
1 ft = 0,3048 1m
I °F 1 oc
-
=
1 1-;8
396 Btu/(ft")(°F)(hr) ~ 396 (Btu)(ft)-2 (oF)-1 (hr)-1
= (396)(0,252)(0,3048)-• (I /1.8)-1 (kgr. kal) = (396)(4,88)(kgr.kal) (m)-2 (°C)-1 (hr)-1 = 1932 (kgr. kal)j(m')I°C)(hr)
(m)-2 (oC)-' (hr)-1
Omek 1 - 6. Sadece temel tamm1an, birinci dereceden bliyiikliiklerin faktOrlerini ve c g s sisteminde tsmm mekanik e~degerini [1 (gr.kal)/1 joule abs = 4,184] kullanarak, 1 kwhr (kilovat saat)'m Btu olarak kar~Itmt hesaplaymtz.
«;Oziim.
Bir kilovat 1000 vat ve 1 vat 1 joule/saniye'dir. 1 saat/1 saniye = 3600 olduM
!Juna gOre,
1 kwhr
= 1000
- joule ;·- ) (saat) = (1000)(3600) ( joule - -. -- ) (saniye) ( - san1ye samye
(1000) (3600) 4,184
gr. kal.
17
16
sahip terimleri ihtiva ederler. Bu tip e§itlikler, boyutlu veya boyut balummdan homojen olmayan e§itliklerdir. Bu gibi e§itliklerde birbirlerine uygun olan bi· rimlerin kullamlmas1 bir fayda saglamaz; em ve m gibi iki veya daha fazla uzunluk birimi, dakika ve saniye gibi iki zaman birimi, ayni e§itlik i9erisinde yer alabilir. Yatay bir borudan kondiiksiyon ve konveksiyonla havaya tSI kaybt a§agtdaki e§itlikle hesaplanmaktad1r. 1
gr. kal ile Btu arasmdaki baAmtt, ar.t,&tdaki gibidir.
1
gr.kal (gr)(oC).
1 Btu
1 gr. ka! Bu sebeple,
Btu 1---(lb)(0F)
_!_!!>_) ( 1 ~F ( 1 gr l°C
) =
453,9 = 252 1,8
(1000) (3600) kwhr (kilovat-saat) = ( , )( ) Btu = 3413 Btu 4 184 252
(1-12)
1·19. Boyutsuz ~itlikler. Temel fiziksel kanunlardan faydalamlarak, matematik olarak ~1karilan biitiin e~!tlikler, ayni boyuta sahip terimlerden iba-. rettirler. Giinkii, temel kanunlarm kendileri de, ne kadar kompleks olurlarsa olsunlar, tiiretilmi~ biiyiikliiklerin tammlanmalarmda kullamhrlar. Biitiin terimleri ayni boyuta sahip olan bir e~itlik, boyut bak•mzndan homojen. bir e~itlikti.r. Boyut bakimmdan homojen bir e§itlik, diinii§iim faktiirii giiz iiniine almmakSlzm kullamlabilir; yalmz kiitle, uzunluk, zaman, kuvvet, temperatiir ve lSI it;:in ayni sistemin birimleri ahnmahdu. Bu hususlan yerine getiren birimlere uygun birimler ad1 verilir. ~ey
6 zamam i~erisinde serbest dii~meye btraktlan bir cismin ilk hlZI u, ise, diiZ uzakhgt i~in a§ag1daki e~itlik yaztlabilir :
Z
=
uo6 + ('j,) g6 2
(HO)
(1-10) numarah e§itlige terimlerin boyutlu formiilleri yaz!lacak olursa, her teri. min boyutunun uzunluk oldugu giiriiliir. Bundan ba§ka, e~itligin iki tarahm Z ile biilecek ve
1 = uo6_
z
+ (1(,) g6'
z
(1-11)
boyutlan kontrol edecek olursak,. terim bqyutla1 mm birbirlerini giitiirdiigii giiriiliir. Bu sebepden bunlarm her biri boyutsuzdur. (1-11) numarah e§itligin sag tarafmdaki her iki terim de boyutsuz gruplardtr. (1-10) ve (1-11) numarah e~itliklerin biitiin terimleri iqin, birbirlerine uygun
dii§en birimler kullamlacak olursa, donii§ilm faktorlerine ihtiyaG duymakstzm cgs veya fps sistemlerinden biri veya digeri kuHamlabilir. . 1·20. Boyut1u ~itliklei'. Denemeye dayanan metodlardan tiiretilen bagmttlar, genellikle boyut baknnmdan homojen degillerdir ve degi§ik birimlere
Yukandaki e§itlikte : q, =
lSI
kayb1, Btu/hr
A = borunun yiizeyi, ft' llt,
= borunun
dt~
yiizey temperatiirii ile hava arasmdaki temperatiir far-
kt, °F
Do' = borunun 9ap1, in q,/A orammn boyutlan, (1-12) numarah e~itligin sag tarafmdaki boyutlar degildir ve bu sebeble, e§itlik boyutlu bir e§itliktir. (1-12) numarah e§itlige konulmu~ olan miktarlar belirtilen birimlerle i(ade edilmelidir, aksi takdirde q, i9in yanlt§ bir say1 elde olunur. Ba§ka birimler kullamlacak olursa, bunlara t!lbi olarak say1sal sabitin degerinin degi§mesi gereklidir. Ornegin, llt,'i santigrad derecesi ile ifade etmek 'istersek, say1sal sa bit (0,5) (1/1,8)""' ·= 0,24 olarak degi§tirilmelidir.
1-21. Boyut analizi. · Kimya miihendisliginin pek <;ok iinemli problem" Ierinin, tamamiyle teorik veya matematik metodlarla 9iiziilmesi miimktin degiJ, dir. Bu tip problemlerle en <;ok aki§kanlarm ak!mt, "' transferi ve ktitle transferi gibi konularda kar§!la§IIIr. Teorik, temel bir e§itligi bulunmayan bir problemiu ciiziim yolu, bu konuda deneysel bir <;alt§ma yapmakl!r. Ornegin, uzun, diiz, yuvarlak ve i<; k!Smi piiriizsiiz bir boru igerisinde akan bir s!Vlda siirtiinmeden ileri gelen basmc kayb1, borunun 9apma ve uzunluguna, SIVlmn ab§ debisine, s1vmm yogunluk ve viskozitesine tabidir. Bu faktiirlerden herhangi biri degi§tirilecek olursa, basm<; dii§ii§ii de degi§ir. Basm<; dii~ii§ii ile bu faktiirler arasm. daki bagmt1y1 belirten bir e§itligin elde edilmesinde kullarulan amprik metod, bu faktorleri tek tek ele ahr ve digerlerini sabit tutarak, basmg dii§ii§iiniin yaJ, mz o faktiire tllbi olu§unu inceler. Yap!lacak i§lem cok uzun, sonuclan birbirine 1 . Perry, "Chemical Engineers' Handbook," 3 ncii baskt., Me Graw Hill Book Comw pany, Inc., New York (1950), sayfa 474. Kitabtmtzda stk stk bu kitabm adt ge~ecektir. R
t.
Catalt~
-
Kimya Miihendislijjine Giri'
F.2
18
19
baglamak ve organize etmek ve bunlardan pratik hesaplamalar ~rkarmak c;ok gii~tiir.
i~in
bir bagmh
Tamamiyle amprik bir <;ah~ma ile matematik ~oziim ara>mda yer alan, bir ara QOZiim metodu mevcuttur. Bu metoda boyut analizi adr verilir. Bu metod, bir fiziksel degi§ime tesir eden degi§kenler arasmda teorik bir e§itlik mevcut ise, bu e§itlik boyut bakrmmdan homojen olmahdrr, esasma dayanmaktad1r. Bu mecburiyel sebebi ile, bir ~ok faktOrii, boyutsuz ufak gruplar halinde toplamak miimkiindiir. Bu gruplarm say• olarak Jegerleri, kullamlan birim sistemine Ulbi clegildir ve e§itlikte faktorler ayn ayn degil, boyutsuz gruplar halinde yer ahrlar. Bu metodun faydah yonii, probleme tesir eden degi§kenlerin say•smr onemli derecede azaltmas•drr. Boyut analizi genellikle sayrsal bir e§itlik vermez ve problemin tam bir yap!labilmesi iQin baz1 deneylerin yaprlmas1 gerekir. Bununla beraber boyut analizi, degi§kenlerin e§itlige nasi! girmeleri gerektigini gosterir. Boyut analizinin sonuQlan, deneye yo! gosterme>i yoniinden krymetlidir ve miihendislik ~alr§malan i9in faydah alan deneysel bilgiler saglar. Ak1§kan alamr ile ilgili bir deneyde boru ~ap1, ala§kanm abm luzr, viskozitesi ve yogunlugu hep bulikte clegi§mekte ise, biitiin sonuQlarm koordine edilmesi son derece zordur. Sonu~larm koordine edilmesi, ancak §U §ekilde miimkiin olur : (1) diger faktorlerin hepsinin sabit tutulup yalmz boru Qapmm veya (2) diger faktorlerin hepsinin sabit tutulup yalmz SIVI akrm hlzJmn degi§tirilmesi ve bu §ekilde i§leme devam cdilmesi. Boyut analizinin gosterdigine gore biitiin bu faktorler boyutsuz bir grup (Dupj,J.I.) iQerisinde toplamrlar. Deney esnasmda bu grup iQerisindeki faktorler geli§igiizel degi~tirilebilirler ve boylelikle grubun belirli SJmrlar arasmda degi§mesi temin edilir. Deney sonuQlarmdan kullamlabilir bir e§itligin ~JkanlmaSI, ayn ayn degi§kenlerin degil, grup degerlerinin konulmaSI ile miim" kiin olmaktadrr.
COzlim. Sarkac; peryodunun P, ~u faktOrlcre tilbi olabitece~i dli5linHlcbilir: (1) sarkacm ki.itlesine x, (2) sarkacm uzunlujiuna y, (3) sarkacm sahmm aifiSma 1> ve (4) ivmcnin lokal degerine g. Bu tahminler asa8tdak~ e~itlik i~terisinde toplanabilir.
P= f(.<, y, ,g) (1-13) numaralt C$itlik tcmel fiziksel kanunlardan iflkanlabih.llekte ise, /(x,y, t/1 ,g) fonksiyonundaki btittin terimler P'nin boyutlanna sahip olmahdu. c.;ahsmanm bu kademesinde f(x,y, ¢,g) fonksiyonunun ~ekli hususunda herhangi bir bilgi mevcut dcllildir. !sir ilk tabmin olarak, fonksiyon tek bir terim He ifade edilebilsin ve bu terim i<;erisinde her de~ gh;;ken bir i.isse sahip olsun. Bu durumda {1-13) numarah C-5itlik a$ngtctaki l;i('kli allf.
(1-14) Boyutlu C$itlige ait iislerin entegral karakteristikleri sebebi ile, a, b ve c'nin de~erleri ya tamd1r veya entegral fraksjyonlardan ibarettir. As:I bir boyuta sahip olnuuhj;\1 ic;in, (L-14) numarah Cllitlikte yer almamt$tlr, k sabiti. boyutu olmayan bir saytdtr.
~oziimiiniin
Problemle ilgili yeteri kadar bilgi olmadrg1 ve matematik QOziimde hangi fiziksel kanunun yer alacag1 bilinmedigi takdirde, bir boyut analizi yap1lamaz. Temel kanunlar onemlidir. <:;iinkii, degi§en faktiirlerle birlikte goz online aimmaS! gereken boyutlu sabitleri bu kanunlar tayin ederler. Problemde yer alan degi§ken ve faktorlerin neler olacagr hususunu tespit etmek, boyut analizinin belirli bir adJrnld!f, Analizin ytiriiyii§ii ile ilgili i§lemler olduk<;a basittir. 1 Metod a§ag1daki ornekle aQJklanmaktadJr. Ornek 1-7. elde olunabilir?
Kusursuz bir sarkaca ait hareketin boyut
analizinden. ne gibi
(1-14) numarah C$itlikte yer -alan fakt6rlerin boyutlanm yerle$tirelim.
(1-15)
(1-15) numarah C$itlik boyut bak1mmdan homojen ise, C$itligin sol tarafmdaki temc1 birimlerin tek tek Usleri. sag taraftakilerine esit olmahdir. Neticede a$a!bdaki sonm; ahntr: O'nm iisleri :
1 _::::: - 2c
L'nin Usleri :
0 = b+c
M'nin tisleri :
0= a
Yukandaki C$itliklere gOre: a:::::O
b = - c = 1/2
Bu durumda (1-15) numarali C$itlik ~a8tdaki sekli altr:
Buna gOre,
x
L )-'" 0=Lif2MO ( -.-
o'
0-16)
o-(;)"'
(1-FJ
fakt6rii ortadan kalkai- vc bu sebeple, sarkacm peryodu kiitlesine til.bi de&ildir.
(1·17) numaralt •>itlik (1-14) numarnlt e>itligin, f(x,y, ,g) fonksiyonundaki btittin te· rimlerinin y/g ile orantlh olmast ltizumunu, aksi takdirde terimlerden bir vcya birka~anm 9_ olamiyaca8mt gOstermektedir. Bu sebeple,
V
bilgiler
1 Bridgman, "Dimensional Analysis"'. Bu kitap boyut analizi konusunda en faydah kitap olarak tavsiye olunmaktad1r. Aynca Perry'pin "Chemical Engineers' Handbook" _sayfa 93 - 97'ye de baktmz.
(1-18)
Yukaridaki ~it1ikte / 1 (tf> ), ¢ ac;JSimn bir fonksiyonudur. Boyut analizi, k sabitinin sayt olarak degeri veya ac;mm rolli ile ilgili hie; bir bilgi vermez. Fizik bilimine gOre k 2 1t ve kii>tik a~t!ar takdirinde 11 (1>) =l,O'dtr.
=
20 21
Kompleks C§itliklere bu metochm uygulanmasma nil claim fazla ornek i~in. ktsim 1-21 de verilen dip nota mtiracaat edilmesi tavsiye olunur. Ara~t1rma ye
geli§tirme i§lerincle Qah§
mda kullamlnn birimle birlikte kullaml-. mahc!Ir}, boyutsuz bir e§itlik (kullamlan birimltre tilbi olmayan fakat nygun birimler kullamlmaSJm gerektiren) arasmclaki farkl kavramaya muktedir olmaSichr.
ihtiya~
gostermeksizin, sayJSal olarak .cia bulunabilir. Sekil 1-1 de abed
1·22. Boyntsuz grnplar. Boyut analizi ve)·a cliger bir metod uygulanarak say1da, iin~mli boyutsuz gruplar kurulmu§tur. Bnnlann pek GOgu isim veya sembol ile belirli ldmacak kaclar iinem kazamm§lard1r. Bunbnn bir listesi kitabm sonunclaki 1 no'lu tabloda verilmi§tir.
~ok
Herhangi bir hale ait boyutsuz grubun say1 olarak clegeri, temel miktarlar iQin seGilen birimlere tabi clegilclir, saclecc gru!) i~erisincle birbirlerine uygun alan birimler kullamlmahchr. Aynca bir grup iqin seQilen birimlerin, cliger gruplann birimleri ile uyu§mas1 da gerekmez. Orncgin, Reynolds saylSl iGin za-
g
f
x-
man birimi olarak saniye, Prandtl say1s1 i<;in zaman birimi olarak saafin seqil-
mesi herkesQe kabul eclilen bir uygulamacl1r. Su hnsusun belirtilmesincle fayda varcln·. Boyut analizi yard1m1 ile tiiretilen herhangi bir e§itlik, cleneyle clogrulugu ispatlamnac!IkGa, kullamlmamahdn·.
1-23. Faydah matematik mctodlar. Unit operasyon teorileri i~in gerekli matematik hesaplama teknigi, bu kitapta ele ahnan §ekli ile sadece basit diferansiyel ve entegral hesaba ihtiya<; giistermektedir. Okuyuculann bu konulan bilclikleri kabul olunmaktaclir. Bununla beraber, buracla a<;1klanmasmda faycla goriilen, iki matematik nietod mevcuttur. Bunlardan birincisi grafikle entegrasyon, cligeri ise iislii fonksiyonlann grafikle ~oziim metocluclur. Diferansiyel ve entegral hesabm ilk pren" 1-24. Grafikle entcgrasyon. sibinclen hatirlanacagi gibi belirli bir entegralin clegeri,
('' f.(x) dx ..-
.t'a
X ve f(x) esas ahnarak c;izilen egri tarafmclan SII11rlilnan alana e§ittir. Bu alan X ekseni ile ejJ;ri arasmda kalan ve Xa ile .rb degerleri tarafmdan stmrlanan alan-
chr. Bu sebeple belirli bir ent~gralin clegeri, x ile f(x)'i esas alan tablolarm hazirlanmasi, limit clegerlere tekabiil eden clii§ey dogrulann cizilmesi, bu limit clegerlerle egri ve x ekseni arasmclaki alamn he~aplanmas1 §eklinrleki i§leme
Sekil 1 - 1. Grafikle entegrasyonun prensibi.
Bu alan, §ekil 1-1 de giisterilcligi gibi, bir seri clikcliirtgen alamnm hesaplanmas! §eklinde de bulunabilir. Bu clikdiirtgerik-rin yiikseklikleri, dikclortgenin i<;indeki iiQgenin alam ile cii§mclaki ii<;genin alam hemen hemen birbirlerine . e§it olacak §ekilcle se<;ilmelidir. Egrinin egrilik clerecesi pek fazla olmachg1 ve .lx yeteri kaclar kii<;iik se<;ilcligi takclircle, dikclortgenin yiiksekligi giizle secilebilir ve yukanda istenilen §artlar tamamiyle yerine getirilebilir. Tiim alan §ekil 1-1 de taranml§ olarak giisterilen dikclortgen alanlarmm toplamma e§ittir. Bir tiirevle Qarpllmi§ herhangi bir fonksiyonun entegrasyonu ilc ilgili genel kaide, tiirevin clegi§kenini x ekseni ve fonksiyonu da y ekseni boyunca yerle§tirmek, §eklindedir. Fonksiyon nc kadar kan§•k olursa olsun. clurum aymcln·. Bundan sonra, istenilen limit degerlcrle simrlanmi§ olan ve egri ile x ekseni arasmda kalan alan hesaplamr. f(x) iqin clogrudan dogruya matematik bir ifaclenin olmaclJgi hallerde bu entegrasyon metoclu biiyiik bir onem ta§Ir. Pek ~ok durumcla x ve y arasmclaki bagmtmm deney sonucu elcle olunnias1 miimkiin olup, bagmh basit bir matex
matik §ekil giistermez. Bu bilgilerden
J
,
' y dx
entegralinin degerini, her za,
x.
man kullamlan metodlarla hesaplamak, son clervce giic olur. Elcle mevcut bilgilere uyan amprik bir e§itlige ihtiyac giisterir.
23
22 On,~ck_ 1-8: Sckil l-2 bir boru hath (pipeline) i~erisinde akan su buhannm debisini, saatte yuzbm kilogram olarak ifade etmektedir. (a) saat 10 il§. 11 arasmda ge<;en su buhann~n tUm a£:rrh&mt hcsaplaymtz. (b) akan su buharmm tlim miktan ile zaman arasmdaki bagmtlyt gOsteren c£:riyi c;iziniz.
·
alam dikoOrtgen olmast sebebi ile kolayca hesaplanabilir. Alamo ttimi.i bu $Ckildeki dikdOrtgenler ile ve aym metOd uygulanarak· hesaplanabilir. a, b, c, ... p dikdOrtgenlcrinin yiikseklikleri, e£:rinin alt ve tisttindeki taranmt$ alanlar · birbirlerine C$it olacak ~ekildc segilirler. Oic;tilen alamn akt~kan debiSini- verebilmesi ic;in, dikdOrtgenlerin ytikseklikleri kgr fsaat ve tabanlan ise saat olarak ifade edilmelidir, bunun sonunda asa£:rdaki sonuc; bulunur.
kg') - (snat) = kgr. (.saat
4000
400 '3600
.....
Tablo 1-l. hesaplamanm nastl yaptldtEtnt gOstermektedir. Olc;tilen alamo ttimii 2412 kgr.'dtr. bu a£;1rhk saat 10 ilft 11 arasmda boru hattmdan gec;:cn ak1skamn ttim a£;1rlt8:tdtr .
"' 3200 "'
(j)
......_______
m 28C:O
~
?,
\II
.D (\)
'0
c
~i?l
E
~
1 800 10:20
10:40
:::.:.:: ::::::: ::::c :: '··:
400~~~~~-~~·~-~i~··LU~ 1000
.;::
11:00
::1 ::: :·:·::;
10:40
Zaman
'5·'''' ,_,
Zaman E
!;ieki! 1 - 2. • Jrnck 1 - 8 ic;in bilgilcr.
Sekil 1 - 3. 6rnek 1 - 8'in c;Ozilmli.
~Oziim.
Hcrhangi bir 0 zamanmda debi R ise. kgr. kadar su buhan akacaktar.
~ok
ufak dO zamam
ic;erisinde dW
.:::J
1-
,··;.;.d'L ..
~ ::: j::::;t.
r
·:;..,...ri:
.u ,~::-:
j:;
:,;:;E:'
dnn: ,,
t::,; ,, ,n [ill .. , I:;: i' iiit':0:i: ·:: :t, ~-,T; ! :: 1:L:IT
nlT_.
·:::-:n:: ::::
r:: ;ii"!ii ".: jff
dW = RdO Zamanm ttimtindc ah-.;kan klitlesinin topl·aml olurmr.
!
Wr 0
dW=
Wr, yukar!d"kl. ..._
J!l:oo
· IT C!]tt t6 m
entegrasyonu ile eldc
Rd0=W1•
{1-19)
~o':OO 1010
tlii iH
10:20 10,30 10:40
Zaman Sekil 1 - 4. Ornek 1 - 8'in entegral e8risi.
to:OO
11:00 (
R d() cntegralini ah~dagelmi$ yollardan hesaplayabilmek ic;in R'nin 0 ile ifadc
.. w:oo e~i~mesi ~erekmcktedir:_ ~ekil 1-2. deki c8riyc uyacak e!1itli,ijin mcydana getirilmesioin ~ok gw; oldugu .. ko:.:w_ca ~orulmektedtr. Buna kar~thk grafik metodla entegralin hcsaplanmast = 10:00 ve ko1aydtr. Cu~ku IS.te.mlen entegral, e,8:ri ile zaman ekseni arasmda kalan, e.~ 11:00 ~l_e,~erlcn. lie -~tm:!an~n alana C$ittir. Bu alanm a, b. c, d vs. gibi (Sekil J-3) dthrul~~e b~,J~nmcsJ mumkundur. a'nm gers:ek alam ABCDEA'dtr. AFB ti~geninin alant BCG u.;genmm alanma yakla~tkhkla C!1it olacak ~ekilde FG do&rusu yizi!melidir. FBGDEF
e
Bu ~ekildeki bir entegrasyon, ttim ak1~kan debisini verdikten ba~ka saat 10 il3. 11 arasmda ak1~ ile ilgili di8er bilgileri de verir. 6 numarah kolona baktt8;1m1z zaman saat 10: 20 de (dikdOrtgen e'nin sonu) boru hattmdan 1098 kgr; 10: 35 ise 1410 kgr su buhanmn ger;mi~ oldu&u gOrliltir. 1 ve 6 numarah kolonlardaki bilgilerden, ~ekil 1-4 deki egri r;izilebilir ve bu e~ri herhangi bir andaki ttim aktmm deg~rini gOstermektedir. Bu ~ekildeki bir e~riye 11·19) numarah e~itligin entegral e§risi adr verilir.
24
25 Tablo 1-l. Ornek I-8'in
Ornek 1·9.
~Oztimii
brnek 1·8 de verilen bilgileri kullanarak,
10: 20 ilil 10: 40
~u buhan akimmm ortalama debisini hesaplaymtz.
DikdOrtgen
Zaman
( 1)
JO,OO 0
b c
d e
f g
h i j k
I m
"0 p
JO,os 10,10 10,15 11),] 7,5 10,20 10,22.5 1om-:s 10,32,5 10,35 JO,s7,5 10,40 10,42,5 10:45 1o,so 1065 n,oo
DikdOrtgenin
DikdOrtgerdn geoi~hgi
yiiksek}i~i·
Dakika
(2)
(3)
I
OikdOrtgenin alaot, kgr.
....
.........
....
3.100 3.340 3.560 3.550 2.800 1.100 900 1.440 1. 7110 1.350 900 2.350 2.850 2.900 2.830 2.570
5,5 5,5 5,5 2,5 2,5 2.5 5,0 5,0 2,5 2,5 2,5
0,0833 0,0833 0,0833 0,0417 0,0417 O,Ol\7 0,11833 0,0833 0,0417 0,0417 0,0417 0,0417 0,0417 0,0833 0,0833 0,0833
258 278 297 148 117 46 75 121) 71 56 37
2,5 5,0
5,0 5,1)
Yukanda yapllan tamma _gOre,
-o,
Saat (kolon 3 : 60) kol. 4 ;< kol. 2 5'in toplamt) (5) (6) (4)
......
2,5
rum alunTUm abm, kgr. (kolon
98 119 242 236 214
arasmda
j a,
RdO
Rort= - c
0 258 536 833 981 1.1)98 1.144 1.219 1.339 1.410 1.466 1.503 1.601
o,- o,
R
RdO
_ , / 10,20
= - .
Bir degi§kenin degi§imi gene! olarak a§agtdaki §ekilde gosterilmektedir.
RdO • 10,00
- I/3 ··-·.
Ornek 1-S'c ait tablo 1-l'den,
n.,.. =
3 (1.503- 1.098) = 1.215 kgr/saat
NOT : 10 : 20 ih; 10 : 40 arastndaki debinin aritmetik ortalamasl 1.950
+ 1.500 2
."=fix) fonksiyonu lineer yazllabilir.
1. 725 kgr /saat
ise ()' == ax+b), (1-20) numarah e~itlik a~ag1daki $Ckilde _Y2 Y ort-
1-25. Ortalama degerler. lvHihendislik c;ah§malannm pek c;ogunda bir klSlm degi§kenlerin (viskozite, yogunluk v.s. gibi) ortalama degerlerinin kullamlmasi gerekmektedir. Fakat bu ortalamamn nasi] elde edilecegi hususunda bir kesinlik yoktur.
/·10,20 RdO-
·lQ,QO
" ' - 10i40-1Q,20
L720 1.962 2.198 2.412
~10,40
.JIJ,40
+ Yl
(1-21)
2
Bu, aritmetik ortalama ifadesinden b~ka bir -5ey de£ildir.
1·26. 'Oslii e~itlikler ve log-log grafikler. x ve y degi~kenlerine sahip deney sonu~lan pek GOk hallerde a§agtdaki §ekilde bir e§itlige uyarlar.
y·= f(x)
(1-22)
BOyle bir durumda, x'in x1 degerinden x2 degerine degi~mesi esnasmda y'nin ortalama degeri a§agtdaki e§itlikle bulunur.
yukandaki e§itlikde a ,-e n sabit degerlerdir. Aynca pek c;ok egriyi a~agtdaki tipte bir e~itlik ile ifade etmek miimkundiir.
y=·a
+ b.t
+c.\~+
dx3
+ ...
(1-23)
(1-20)
Bu e§itlik sadece f(x) in, matematik bir fonksiyonu ifade etmesi halinde kullamlabilir. Bu durumda ah§!lagelmi§ entegrasyon metodunun kullamlmasi mumkiindur. Genellikle bu bagmti, bir egri olarak bilinir, fakat egrinin e§itligi [f(x) §eklinde] elde mevcut degildir. Bu durumda, daha once ac;tklanim§ olan, grafik entegrasyon metodu kullamhr.
0-2:3) numarah e§itligin (1-22) numarah C§itligc nisbetle, pek 90k egriye daha iyi bir §ekilde uymasma kar§thk, (1-22) numarah c~itlik, deney sonuc;lanna daha uygun dii§er. Daha onceki ktstmda ac;tklandtgi uzere (1-22) numarah e§itligin sabitleri kolayhkla hesaplanabilir. Diger taraftan (1,23) numarah e~itlige ben· zer e§itliklere, deney sonuc;larmm uydurulmas1 c;ok uzun bir i~tir ve 9ogu zaman
cok say1da terim J.,ullamlmasmi gerektirir.
26
27 (1-22) numarah e 0itlik a§ag1daki 0ekilde yazllabilir. 1
log y = log a
+ n log x
Orifizde mcydana gelen ah;an a~a~tdaki tipde bir C!litli&e uydu8:u bilinmektedir.
(1-24)
Kolayhkla giiriilecegi gibi log x, log y'e kar01t olarak yerle§tirilecek olursa (1-24) numarah e§itlik, egimi n ve x = .1.0 oldugu zaman dogrunun ordinat eksenini kestigi noktamn degeri log a olan, diiz bir dogru verir. iki degi§kene ait sayllarm logaritmalanm alarak bunlan normal bir grafik kag1dma yerle§tirmek miimkiinse de, bir log-log grafik kag1dt kullanmak claim uygundur. Log-log grafik kilg1d1 iizerinde bolmeler muntazam olmay1p logaritmiktir. Diger bir deyimle 1, 2, 3 v.s. §eklinde i§aretlenen arahklar 1, 2, 3 birimleri ile degil, bu saydarm logaritmalan ile orant1hd1r. Bu grafik kilg1tlarmdaki derecelendh:me aynen hesap cetvellerindeki derecelendirmeye benzemektedir. Bu sebeple, iki degi§kene ait degerler log-log grafik kilg1dma iyi bir §ekilde yerle§tirilecek olursa, bu degerlerin logaritmalanm ahp normal grafik Hg1dma yerle§tirmi§ kadar iyi bir sonu<; ahmr. Bu §ekilde grafik kilgtdl iizerine yerle§tirilen noktalar diiz bir dogru iizerine dii§ecek olurlarsa, dogrunun denklemi (1-22) numarah e§itlik olur; n dogrunun egimi ve a, x 1 oldugu zaman y'nin degeridir. Ciinkii x = 1 oldugu zaman (1,24) numarah e§it\;gin ikinci terimi s1flrdu. Log-log grafik kag1dmm · tek sakmcah yonii, normal olarak kullamlan derecelendirmenin iyi bir yakla§Ikhkla okunamamas1d1r. Fakat yapdacak hata stmrlan miihendislik hesaplamalan i<;in pek fazla iinemli degildir. Log-log grafik kilg1d1 kullanmanm faydah yiinii ise, belirli bir arahkta meydana gelecek egriden sapmamn o noktadaki tiim degerlerin sabit bir yiizdesini te:;kil etmesidir. Buna kar:;1hk normal bir grafik kag1d1 iizerindeki boyle bir sapma, degi§kenin degeri kii<;iik oldugu zaman biiyiik bir yiizdeye ve degi:;kenin degeri biiyiik oldugu zaman ise kii<;iik bir yiizdeye sahiptir. Bu sebeple logaritmik grafik kilg1dl, deney sonu<;lanm degerlendirmede biiyiik fayda saglar. Ciinkii sa)'llann biiyiik veya kii<;iik olmasma bakmaks1zm aym derecede hassasiyet temin eder.
'
Yukandaki e~itlikde u, htz ve R, manometrede okunan de&erdir. Bu durum ic;in k ve n'nin dei;i:erlerini hesaplaytmz. COziim. Verilen de&erler, ~ekil 1-5 de oldugu gibi bir log-log grafik kaS;1dma yerl~ tirilir. Sonuc; olarak log-log grafik ka&tdt i.izerinde bir dol;:ru elde olunur. Egrinin e8imi a ve b uzunluklan Olc;iilerek hesaplamr. ESim. do&runun X ekseni ile yapmt$ oldu!\:u a!(mm tanjantldtr. Buna gOre ei;i:im = bfa = 0,501 ve vet:ilen bilgilerin hassasiyet smtrlan i9erisinde 11 = 0,500 olarak ahnabilir.
20
~
~~8
=
Omek 1·10.
i~erisindeki
ol'lalama Juzr
mfsaniye 3,41 4,25 5,25 5,8U 7,01 7,3Q 10,05 1
~ .<:=
Ori/ize ba§b manometrede okwzan de8erler mm Hg 30,3 58,0 75,5 93,1 137,5 148,0 261,0
Kitabtmtzda "log" terimi 10 tabanma gOre logaritmay1 ve ''In" terimi ise e tabanma gOre logaritmayt gOstermektedir.
7
5
l
"' 5
E
"' 4
~
-
"'
-:::: 3
a
0
c
:::> >. :::>
-
l
2
tn
1
Bir orifiz kalibrasyonu a~a8:1daki sonw;lan vermektedir.
Suyun, Doru
..
1
2
30 40 5060708090100
0
' ~
Orifiz manometresinde okunan deger, mm.Hg ~ekil
R
:::=
1-5. ilrnek 1-IO'un <;Oziimti.
1 oldu&u zaman, do8runun ordinat eksenini kesti~i yerin tesbiti ic;in , verilen de-
~erlerin ekstrapole edilmesi miimktin dei;i:ildir. Ciinkti grafiijin hudutlan d1~ma dii~mektedir. Bu durumda R = 100 oldui;i:u yerdeki def!er okunur ve bu deSer 100°·00 de~erine bOlUniir.
Bu takdirde k = 0,605 bulunur. Bu durumda istenilen e!}itlik ~a,Badak.i gibidir.
u ~ 0,605
R'·' ~ 0,605 VR
Ueriki b,Oli.imlerde R'nin Ussilniin 0,5 olmast gerekti~i. teorilerle gOsterilecektir.
29
28 PROBLEMLER
ADLANDIRMA
= alan
A
Bir rafineri gazt wsa8tdaki
bil~ime
sahiptir.
a = ivme
D F g
Hacim yiizdesi
= dt! >•P = kuvvet, itici gii!; = 3 8Jrhk sebebi ile
H, ~2
co
meydana geien ivme, ivmenin lokal de8;eri dOn~fun faktOrii = 9,81 (birimleri i~in ktstm 1 II' b-'·· de8eri :r e ioUt.JDtz). ivmenin sabit
Cc
CH, C,H,
h = Ist transfer katsay 1 ~ 1 k sabit
= L = uzunluk M = molekiil a8uh,8t; ktitle m = klitle n = mol SayiSI; saytsal bir ~bit P = top!u bastnl' Q
qc
= bliyiik!Uk = konveksiyonJa
R -T = At = u =
lSI
transferinde debi
gaz sabiti; diren!;; debi; manometrede okunan de8er mutlak temperatlir temperatiir furk 1 htZ
V = hacim; mol hacmi
w = a8uhk x,y = Z
degi~kenler
= uzakltk
a, (3, y = sabitler 6 = zaman Altltklar
= A, B, C komponentleri = ortalama
m = kan,tm 0 = mutlak birimlerle kuvvet
4,6 100,0
i~gal
(a) Bu gazm 10.000 kgr't 15 °C derece ve 760 mm Hg basmcmda eder?
rak
yo~unlugu
ka~
m 3 'liik hacim
Bu gaz 38°C derece ve kgr/cm2 basm!f altmda bulunduA;u takdirde, kgrfm3 olane olUr?
(b)
1~2. Hacmen % 15 klorlu hidrojen ihtiva eden bir azot ve klorlu hidrojen kan~tmt, klorlu hidrojeni kart~tmdan uzakl~ttrmak i!;in su ile ytkanmaktadtr. Ytkama kolonu, giren klorlu hidrojenin % 99'unu kan~tmdan uzakla~tuacak ~ek.ilde !;8h~ttrdmaktadtr. Yt· kaytctyt terk eden gaz, su buhan ile _doymu~ olup, 49°C derece ve 750 mm Hg mutlak ba~ sm~da bulunmaktadtr. Saatte 70 mol-kgr gazm ytkanmast halinde, yikaytctyt terk eden gaH zm hacmini ve bile~imini hesaplayxmz. 1~3. Dolgulu kulelerde stvt fazdak.i direng (kiitle transferine &erler elde eden bir ~ah~ma, belirli birkag dolgu maddesi igin, ortaya konm~tur. 5 2 =1.199 )""
k~:
Yunan harfleri
A, B, C, ort.
60,7 10,1 3,4 21,2
Yukandaki
C~itlikde
(~
kar~t
koyan) ile ilgili deverilen ~itlikle
a~a8tda
(p ~}
:
= stvt faza ait kiitle transfer katsaytst, mol-kgr/(hr) (m1) (mol-kgr-fm3) a = dolgulu ktsmm birim bacmine isabet eden fazlar arast temas yi.izeyi, D L = stvt faza ait difiizyon katsaytst, r.rr'-/hr kL
L 1-L
p
m 2'/m3
= stvt faza ait klitlesel btz, kgr • klitle/ (hr) (m2)
= stvt = stvt
viskozitesi, kgr-klitle/(hr) (m) yogunlugu, kgr-klitlefm'
E!litlikdeki katsaymm boyutsuz olup olmadt8tm bulunuz. 1-4. Bir z
z-fx\. dx Xl
mC,tir. x1
de,&i~keni,
kendileri de deA:i$ken alan x ve y'nin fonksiyooudur. Bu ba8mt1
$eklindedi{. r ve y'ye ait deoey sonu!;lan a$&Stda bir tablo halinde veril·
= 0,200
ve
x, =
0,400 arahlt igin y'nin ortalama deSerini hesaplaymlZ.
30
-----,-------r-----.------X
y
y
X
11
0,000 0,050 0,100 0,200 0,250
0,000 0,198 '0,384 0,672 0,750
I I I
.!
' I
0,300 0,350 0,400 0,450 0,500
I I' i
0, 768 0,7 14 0,5 76 0,3 42 0,000
1-5. tngilizce yaymlarda gaz faza ait kiitle transfer katsaylSl, gencllikle lbwmole/(hr) (ft'!) (atm) ile birimlendirilir. Bu deieri mol·kgrj(saniyc) (m2) (atm)'e d6nii~tlirmek if;;in gerekli dOnU'}lim faktOriinii hesaplayrmz. 1-6. cgs sisteminde viskozite birimi poise olup, bu da 1 dinwsaniye/cm2 'ye e~ittir. Bir ak.tskamn viskozitesi 0,10 poise ise, buna tekablil eden de~eri lb·mass/(ft) (hr) olarak he·
saplaym1z.
Boli.im 2 AKISKANLARIN AKIMI Konuya giri!j. Kimya miihendisligi operasyonlarmm pek ~ogunda aki~kanlann aktml, i:inemli bir konu olarak kar§tmtza ~tkar. Stvtlarm ta~mma ve depolanmalan, kattla!a nisbetle daha basit, daha ucuz ve daha az zorluklan olan bir biaydrr. Bunun bir sonucu olarak, kimya miihendisi, hemen her maddeyi stvt, ~i:izelti veya · suspensiyon halinde ta§tmak ve depolamak ister. Bir madde toplulugu stvt veya c,;ozelti haline getitilemedigi takdirde, katt halde ta§mtr veya depolamr. Birc,;ok hallerde katt maddeler, gayet. ince ogiitiildiikten sonra bir stvt i~erisine dagttthr. Bu suretle meydana getirilen suspensionlar, bir c,;ok yonlerden akt~kanlara benzerler. iki fazh olan boyle bir kan§tma "akt§kanla§tmlmt~" katt adt verilir. 2·1.
Akt§kanlar mekanigi, daha once fizik derslerinde de gormii§ old ugunuz bir konudur ve hidroligin temel konusunu te~kil eder. Hidroligin kimya miihendisini ilgilendiren konular1, bu boliimde ac;tklanacakttr. 2·2. Alw}lamlarm k:arakteri. Kitabtmtzda akl§kan terimi, ~ekil degi§imlerine de"amh ol!irak mukavemet edemeyen madde topluluklart i~in kullamlacakttr. Bir akt§kan kiitlesinin ~eklini degi~tirmeye te§ebbiis edecek olursak, akt§kan yeni §eklini almcaya kadar, mono molekiiler aki~kan tabakalan birbiri iizerinde kayarlar. Akt§kamn §ekil degi§imi esnasmda, akt§kan tabakalanmn kaymasma kar§t koyan bir direng dogar. Bu direncin biiyiikliigii akt§kamn viskozitesine ve kayma htzma tilbidir. Akt~kanm son §eklini almast ile bu direng ortadan kalkar. Denge haline eri~mi§ bir akt§kanda bu diren9 mevcut degildir. Dikkat edilirse bu tanmun hem slV!lan ve hem de gazlart kapsadtgt goriiliir. Kitabm bu boliimiinde oldugu gibi diger bOliimlerinde de aki§kan terimi, gaz ve slV!lart kapsamt i~erisine alacakttr. Belirli bir temperatiir ve belirli bir basm<,;ta akt§kanm belirli bir yogunlugu vardrr ve bu kgr/m3 veya gr/cm' birimlerinden biri ile ac,;Jklamr. Akt§kamn yogtmlugu, basm<,; ve temperature tabi olmakla beraber; stvtlar takdirinde yogunluk, orta derecedeki basmg degi~irnlerinden onemli derecede etkilenmez. Gazlru takdirinde ise yogunluk, hem temperatiir ve hem de basmcm tesiri a!-
33
32 tmdad1r. Bir ab~kan basm<; degi§imlerinden pek az etkilenirse, ona "bastmlamaz aki§kan" ad1 verilir. Sivilarm <;ogn bu cinstendir. Bununla beraber, SIVI· !arm yogunluklan, biiyiik temperatjir ' degi§imlerinden iinemli derecede etkilenmektedir. Ufak temperatiir ve basm.; degi§imleri halinde gazlarm yognnluklarmda giiriilen degi§me de ufak olur. Bu gibi durumlarda gazlar, bastmlamaz akJ§kan olarak dii§iiniilebilir ve biiyiik bir yanh§hga dii§iilmeden gazm yogunlugundaki degi§me, ihmal edilebilir. · Kimya miihendisligi operasyonlarmm incelenmesi bakimmdan aki§kanlar mekaniginin iki kolu bilhassa iinemlidir, bunlar aki§kan statigi ve aki§kan dinamigi adlanm ahrlar. Aki§kan statigi, denge halindeki akl§kanlan, aki§kan dinamigi ise ak1m halindeki aki§kanlan inceler. 2-3. Akl(>kan statijii. Sabit bir statik akJ§kan siitununda, herhangi bir noktadaki basmG, her yiinde aymdn·. Bundan ba§ka yeryiiziine paralel herhangi bir kesitin her noktasmda da basm<; aymdn·, fakat farkh yiikseklikteki kesitlerde basm<;, birbirinden farkhctJr.
Sekil 2-1. de giisterilen ab~kan siit)Jnunu giiz online alahm ve akl§kan tankma A noktasmda yapi!an basmcm ab§· kam istenilen bir yiilekil 2 • I. Hidrostatik basmo;. ve X, yiikseklikleri arasmda kalan ab~ kan ag1rhgmm eklenmesinden ibarettir. Buna gore,
P2S =PIS
+ h,pS _g__ g,
Buna gore, ak1§kamn farkh yiikseklikle iki noktas1 arasmdaki basm~ farkl, bu iki nokta arasmclaki clii~ey uzakhgm, ak!§kamn yogunlugu ile •;arp1mma e~ittir d.\ = X,- X, terimi ve gene! P, basmc1 iQin, '
Pn=P, Dii~ey
Ab~kanm yogunlugu, basmg degi~imi ile degi~mekte ise, yogunlugun or-
talama degeri kullamlabilir. Miihendislik gah§malarmm goj!;u, orta derecedeki basmQ!arda ):apJ!dJgJ igin SIVllar, bu du~umda bastmlamayan akJ§kanlar olarak, basmg degi~imlerinden pek miiteessir olmazlar. Bu dii~iinii~, gazlar i\·in pek dogru degildir ve ancak Qok ufak hasmg degi§imleri igin uygulanabilir. ()rneii;in, P, noktasmda hava temperatiirii 21 •c derece ve basmg da 1 atm. olsun, X,-- X, degerinin 30,5 m olmasJ halinde P, noktasmdaki basmG, P1 noktasmdaki hasmgtan 0,004 kgrjcm' kadar buyiik olur. Bu dunnnda yogunlugun degi~imi, kolayhkla ihmal edilebilir.
2-4. Manometreler. Sekil 2-2'de manometrelerin iki degi§ik tipi gosterilmektedir. Sekil 2-2(a), en basil bir manometre tipfdir. U §eklindcki bornnun taranml§ klsm1, yogunlugu PA kgr/m' alan bir A SIVISI ile doldnrn!tou:; ol-
8
P,
~ •
1 Akl>kdl'l B
,
(. 5
I
m
4
(2-1)
R
Aym §ekilde P 3 basmc1 hesaplamr.
+ (h.-h1)p
(2-4)
siitunun sabit bir kesite sahip olmas1, gerekli degildir.
Basmc1, birim alanda kilogram (kuvvet) olarak hesaplamak i<;in (2-1) numarah e§itligin her terimini S ile bOimemiz gerekir. Bundan ba~ka g/ g, = 1,00 (sahife ll'deki dipnot 4'e bak1mz)· olduguna gore, (2-1) numarah e§itlik a§agi· daki §ekli ahr. (2-2) P2= P, + h,p
Pa= P,
+ pdX
~
2
SIVIA
a
b
$ekil 2-2. Manometreler: (a) basit manometre; (b) diferansiyel manometre .
veya
P3
= P, + l~:~p
(2-.'3) sun. U borusunun A SJVISI tarafmdan doldurulamayan kollar1, A siVJSJ ile kafl§mayan ve yogunlugu Pn kgr/m' alan bir B SlVISI ile doldurulmn§tur. U bornl. Catal~ -
Kimya MUhendislij!:ino Giri!;
F .3
35
34 sunun bir koluna P 1 diger koluna da P, kgr (ku'Cvet)/m2 degerinde bir basm,· yapilmaktadir. Bu iki basinG arasmdaki fark P,- P, sebebi ile, U borusunun kollarindan birindeki SIVI yiiksekligi, digerinden farkhd1r. Kollardaki SIVI seviyeleri arasinda R metre kadar bir fark vard1r. Manometrelerin kullamlmasmdaki gaye, bu R degerini okuyarak, P,- P, basinG farkini iilGmektir. P,- P, basinG fark1 ile, okunan R degeri arasinda bir baginti kurmak iGin, basincm P, dege" rin0 sahip oldugu 1 noktasmdan ba§]ayahm. 2 numarah noktada basinG, P, + Pn(m+R)(g/g.) * dir. 3 num~rah noktadaki basmcm degeri de buna c§it olmahdir. 4 numarah noktadaki basmQ, 3 numarah noktadaki basmGdan RpA(g/g.) degeri kadar daha azd1r; 5 numarah noktadaki basmG ise 4 numarah · noktadaki basmGtan mpsg/ g. degeri kadar daha azdn·. Buraya kadar aGikladignmz hususlar, a§ag•daki §ekilde iizetlenebili~:
Toplu bamru;
Nokta
1 2 3 4
P, P, P, P,
+ apng/g.
+ ap.gjg, + bpAgfgo
+ apngfg, + bpAg/g. + ap.gj g, + bpAg! g.- Hpc g/ g. + apngfg. + bpAg/g.-Rpcg/g,-dpAg/g. 7 P, + ap.gjg. + bpAg!g.- Rpcgfg,- dpAg/g,- ap.g/g, = P,
5 P, 6 P,
Son
e~itlik, ~u ~ekilde basitle~tirilebilir.
(2·7)
(2·5) b- d = R veya d-b
= -H oldugu iGin
Yukandaki e§itligi basit]e§tiricek olursak a§agidaki §ekli ahr. (2·8)
(2-6) Yukandaki bagmt1, m uzunlugu ile U borusunun boyutlarma tabi degildir, P, ve P, degerleri, aym yatay diizeyde iilGiiliirler.
Yukandaki e§itligi inceledigimiz zaman Pc- p,, farknun kiiGiilmesi nisbctinde, verilen bir llP degeri iGin, manometrede okunan R degerinin biiyiik olacagi gil· riiliir.
Ufak basmG farklanm iilGmek iGin; §ekil 2,2b'de giisterilen ve diferansiyel manometre ad1m alan bir tip manometre kullamhr. Bu manometre birbirleri ile kan§mayan iki siVI A ve C ihtiva eder, bu sivilarm yogunluklan, miimkiin oldugu kadar birbirlerine yakm olmahdir. Manometreye geni§letilmi§ bir klsmm ililvesinden maksat, R degerinin degi§mesi ile birlikte 2 ve 6 numarah nok· talardaki durumun fazla degi§memesini temin etmektir. Bunun bir sonucu olarak, 1 ve 2 numarah noktalar arasmdaki uzakhgm 6 ve 7 numaral1 noktalar arasmdaki uzakhga hemen hemen e§il oldugn dii'liiniilebilir. Ayni prensipleri ku], !anarak, basil manometrede oldugu gibi, basm~ farki P,- P, ile manometrede okunan R degeri arasmdaki bagmtiyi veren bir e§itlik tiiretilebilir. 1 numarah noktadan 7 numarah noktaya kadar biitiin noktalarda mevcnt basmci a§agidaki §ekilde iizetleyebiliriz. ~ekil
2- 3. E8;imli (yattk) manometre.
* Yo8unluk (p) kgr (kiitle)/ m3 ve basm<;
(P) kgr (kuvvet)/ me birimleri ile ifade edildiklerinden, e!}itli8i boyutsal olarak sabit tutabilmek i~in, p terimini havi her ktsma (gfg,} faktOriiniin iHivesi gerekir. gfgc = 1,00 oldugu i<;in. genellikle ihmat edilir. Fakat te!}ekl:dil :cten e!}itlik, boyutsal olarak sabit olmaz.
Ufak basm~ farklanm iil~mek iGin, 'lekil 2-2a'da giisterilen manometrenin degi§ik §ekli olan ve ~ekil 2-3'de giisterjlen manometre kullamhr. Bu tip mano-
36
metrede kollardan biri, R'nin ufak bir degerinc kaq1hk S!Vl yiizeyinin uzun bir ) ol almas1 maksad1 ile, egimli yap!lmi§lir. Bu yo!, R degerinin, egim a91Sl alan e;. 'nm siniis degerine bOliinmesine e~itt-ir. a a<;1s1m ufalttigimiz takdirde R'nin
kiiqiik bir degerine kar§Ihk R, ~ok biiyiik bir deger ahr. Bu tip manometrelerde dik kol iizerinde geni§letilmi§ bir kls1m vard~r. Bu kiS!mda SIVI seviyesinin degi§imi, egimli koldakine nisbetl.e, ihm&l edilebilecek kadar azd1r. 2·5. Ak1skan akmnnm mekanizmas1. Herhangi bir kesite sahip, kapah bir kana! i~erisincle aki§kan akacak olursa, §artlara bagh olmak iizere iki degi§ik aki§ tipindcn biri meydana gelir. Bu aki§ tipleri, 1883 de ilk defa Osborne Reynolds larafmddn yap1lan klasik bir deneyle goz online serilmi§tir. Reynolds denevindc cam bir boru iqi su ile dolu bir depoya baglanmi§ olup, boru i9indeki ·," aknnmm lnz1 ar~uya gore ayarlanabilmektedir. Borunun giri§ ucuna bir nozul (emzik) konularak boru i9erisine renklendirilmi§ su genderilebilmektedir. Bu deney §ekil 2-4'te §ematik olarak giiste, rilmektedir.
37
tir. (Dup/Jt) §eklinde alan bu gruplamada D, borunun i~ ~ap1; 11 sivmm ortalama ak1m hiZI (aki§kanm volumetrik debisini borunun kesitinc bolerek bulunan); p, aki§kanm yogunlugu ve j,, aki§kanm viskozitesidir. (DIIP/it) §eklindeki bu grup, Reynolds say1st olarak bilinir. Boyutsuz bir gruptur ve hidrodinamik incelemelerde _bi.iyiik onem ta§II" Kimya miihendisinin kar~1 kaq1ya geldigi problemlerin bir Qogunda bu grup temel bir faktor olarak gori.iliir. Reynolrls'cla•. bu yana bu konuda pek QOk ara§t!flna yapilmi§, claire kesitli di.iz borular i<;in Reynolds sayiSI, 2.100 degerinin altmda olclugu zaman aklmm claima viskoz (lfiminer) oldugu gosterilmi§tir. Heynolds sayisi, 4000'nin iizerine Qiktigi zaman, ozel haller di§mda, aklm daima tiirbiili\nshd1r. Ilu iki deger arasmda isc sartlara "Ore (boru §ekli. gibi) aklm, Iaminer veya tiirbiihlnsh olabilir vc bu ' 0 hususda, bir on tahminde bulunulamaz. Bunun bir sonucu olarak da bu bolge, miihendislik c;ah~malarmda her zaman gOz Oniine ahnmaz. Heynolds say~smda yer alan degerlerden D, metre; u, metre/saniye; p, kgr/m 3 ve JL, kgr/(melre)
(saniye) olarak o!Qi.ili.irler.
Heynolds, yapmi§ oldugu deneyler so-
1.00
nucunda, Sttyun akim luz1 az oldugu za-
Sekil 2 ~ 4. Reynolds dcneyi.
f;inin bozulrriadigim ve ak1~kanm
./
man renkli suya ait aknn iplik9iginin biiltin boru boyunca devam ettigini gormii§· ti.ir. Heynolds, bu deneyi borunun degi§ik noktalanndaki kesitlere uygulaml§ ve bu kiS!mlarda da renkli suya ait akim iplikQibirbirine paralel ve di.iz dogrular boyunca
0.80
0.60
akt1gmi giirmi.i§tiir. Aklskamn ak1m lnz1 artmlacak olursa, lnzm belirli bir degerinden sonra renkli st;ya ait aknn iplikQiginin ortadan kalktigi ve biiti.in su kiitlesinin renklendigi goriili.ir. Diger bir deyimle, suyu meydana getiren par9aciklar, borunun uzun ekseni boyunca birbirlerine paralel olarak hareket edecek yerde, borunun klsa ekseni boyunca da hareket etmege ba~lar!al' ve boylece tam bir kan~ma meydana gelir.
Bl 'Y
I/; I
·c- v
0.00 2-6. Reynolds sayiSI. Heynolds, daha sonra yapnn§ oldugu deneylerle bu iki tip aklmm meydana geli§ §artlanm incelemi§ ve kritik lnzm boru 9apma, akt§kamn abm luzma, yogunluguna ve vis 1·ozitesine tftbi oldugunu bulmu§tur. Revnolds, bu dort faktor(in sadece bir §ekilde grupla§tmlabilecegini gostermi§-
c
1\
J
I
\
~~
\\ \
_j_
I
\
\ \
'
1/
BORU Akt~kan htzlannm
\ 1\
1.0
Sekil 2- 5.
~ ~ !'-, ~
/ I
0.20
nkm1 htzt, kritik Ill:::. olarak adlandtnhr.
'
""
I
Bu iki tip aktmdan birincisine viskoz (lilminer) aklln1 ikincisine de tilrbii.-
.
v
1/
-~I! 0.40
ldnslz ak1m adlan verilir. Aklmm bir tipden diger tipe rlegi§tigi andaki · SIVI
.
~~
0
1.0
MERKEZiNDEN OLCULEN RELATiF UZAKLIK I
.
da81itml : A, ttirbiiHinsh aktm, Reynolds saylSI orta b1r dc-
gere sahip; B, tlirbti15.nsh aktm, Reynolds saytst yiiksek; C, himiner vcya vis-
koz aktm.
39
38 tempara~:::tintin veya boru kesitinin degi§imi, h1z dag1hm egtisinin §eklini ve
2-7. fhzlann dagdmu. Daire kesitli diiz bir borunun merkezinden farklt uzakhkta bulunan noktalardaki h1zlan okttigtimtiz zaman (boru ba§langiCmdan belirli bir uzakhktan sonra) aki§kamn boru merkezinde, ytizeye yakm noktalara nisbetle dalm btiytik bir luza sahip oldugunu gortirtiz. Lokal luz (u'), bu luzm o!Qiildtigir noktanin boru merkezinden alan uzakhgma kar§It olacak §ekilde bir grafik kilg1dma yerle§tirilecek olursa, §ekil 2-5'de gosterilen diyagram elde olunur. Lilminer ak1m takdirinde (C egrisi) egri hakikl bir paraboldur, merkezde sivri bir u<; gOsterir ve boru ic; ytizeyine Legettir. Boru kesitinin ttimi.inde ortalama luz, maksimum luzm 0,5'i kadardll'. Diger taraftan tiirbiilansh aknn takdirinde (A ve B egrileri) cgri, merkezde oldukqa diizelmi§· tir ve ortalama luz maksimum luzm O,S'i kadard1r. Ortalama luz (u) ile mak-
0.85 0.80
oranmt degi~tirir.
I-!Iz dag1hm egrileri, boru iG yiizeyine teget bir durnm ahrlar ve bu, boru iG yiizeyi yakmlannda aki§kan luzmm s1hra yakla§tigim gosterir. H1z dagihmmi iiken metodlann daha hassasla§tmlmasi, boru iQ ytizeyine yakla§tikQa akm1 luzmm azaldigmi daha belirli hale koymu§tur. Diger bir deyimle, abm hiZl Loru iQ ytizeyi tizerinde s1hr olmahd1r. Boru ic ytizeyinden az bir uzak, hkda ak1m hlZI, kritik degerin oldukQa altmda bulunur ve bu kisimda ak1m !aminerdir. Laminer film tabakasmm hemen tisttinde ak1m luz1, kritik degerini a§ar. Bu kls1m tampon bir bolgedir ve akim, laminer ile ttirbtilansh biilge arasmda degi§ir. Lokal h1z, kritik degeri a§digi anda ak1mm geri kalan k1sm1 ttirbtiJansh olur. Viskoz veya laminer film tabakas1 deneyle giistec;JPbilir ve bu konu kitabnmzm diger biiltimlerinde bir 90k kereler kar§I!lliZa Gikacaktir. Boru merkezi ile boru iG yiizeyi arasmdaki akim h1z1 degi§iminin onemli bir k1smi laminer film tabakasmda meydana gelmekle beraber, ttirbtilansh akim bOlgesindeki abm hlZI degi§imleri de ihmal edilemez. 2-8. Viskozite. Simdiye kadar viskozite terimini bir cok kereler kullandik. Simdi bu ozelligi tamtahm ve viskozite o!cme metodlanm aQiklayahm. Btittin gergek aki§kanlar, §ekil degi§imine kar§I cok farkh davfam§larda bulunurlar. Oyun kag1tlan ile aki§kanlarm hareket tarzlan arasmda bir benzerlik vardn. Bir oyun ki'lgidi destesinin tisttindeki kagidi Qekecek olursak, alttaki kagitlar da birbiri iizerinde az veya gok kayarlar. ,
0.75 0.70 O.G5 0.60
'
0.55
~I g 0.50
2-9. Viskozite birimleri. Birbirinden L em uzakhkda bulunan iki aki§kan tabakasm1 goz online alahm (Sekil 2-7). Bu aki§kan tabakalar;. ". her birinin
-~
0.45 0.40 0.35 2
1,000
3 4 56 789 10,000
2
3456789 100,000
2
3456789 1,000,000
Sekil 2-7. Viskozitenin ac;tklanmasl.
Sekil
2M
6. ufu'
mab
ile Reynolds sayJsJ arasmdaki ba&mtl.
sm_mm luz (u',""",) arasmda daha mtikemmel bir bagmti, §ekil 2-6'da Reynolds say!Sinm bir fonksiyonu olarak giisterilmektedir. Su hususu belirtmemiz gerekir. Bu bagmt1, borunun dtiz lasmm1 kapsar, burada denge vard1r ve ak1m izotermaldir. Boru iq ytizeyinin ptirtizliiliik derecesinin, boru yi:iniintin, aki§kan
alanmm, A em' oldugunu kabul edelim. Dst tabaka alttakine nisbetle ve ona paralel olarak u cm/saniye'lik bir luzla hareket etsin. Bu u luzm1 temin etmek iqin F din'lik bir kuvvete ihtiyaG vard1r. Yap1lan deneyler F kuvvetinin, tt h1z1 ve A alam ile dogru orantih, L uzakhg1 ile ters orant1h oldugunu gostermi§tir. Bu bagmt1 matematik olarak §U §ekilde ifade edilebilir.
40
41
F=~-'1.1
Yukandaki C$itlikte :
(2-9)
Yukandaki C§itlikde f-', orant1 sabitidir.
AP = basmc; dii$ti$i.i, kgr/m2 L = boru uzunlugu , m. fl. = viskozite, kgr-klitle
(2·9) numarah c~itlik, viskozite biriminin til.yinincle kullamlabilir. Bu C§it" ligi §imdi tt'ye gore <;ozelim.
LF -;-A:
f (m) (san)
gr = d6nii$iim faktOrti, 9,8
(kgr~kiitle)
(m)/(kgr-kuvvet) (san2 )
u = h1z, m/san D = borunun ic;
~apt,
m
Viskozite bilindigi takdirde, viskoz aktmla akan bir akt$kanm, stirttinmcden ileri gelen ba-
(2-10)
smc; kaybt hesaplanabilir. Bununla beraber Hagen-Poiseuilie C$itli&i daha ziyade, C$itlikte yer alan diger terimlerin bilinmesi halinde, viskozitenin hesaplanmast i~in kullamhr.
L:nin boyntu uwnluk; F'nin kiitle <;arp1 ivme veya (kiitle)(uzunluk)/(zaman)'; "nun uzunlnk/zaman ve .4'nm (uzunluk)" clir. Bu boyutlar, (2-10) numarah C§illige yerle§tirilip kisaltmalar yapi!acak olursa, viskozitenin birimi olarak kiitle/(uzunluk)(zaman) ele ge~er. Metrik sistemcle viskozitenin birimi gram/ (santimetre)(sauiye) clir. Bu birim, viskozite konusunda temel ara§tirmalan vapan Frans1z bilim adam1 Poiseuille'nin adma izafeten, poise 1 diye acllandm.hr. Bu birim, bir <;ok aki§kanlar i9in, kullamlamayacak kadar biiyiiktiir. Ornegin, suyun 20oC derececle deneyle bulunan viskozitesi 0,0100 puaz'd1r. Bu sebeple viskozitcnin santipuaz olarak belirtilmesi herkesce kabul olummi§tur. Santipuaz, santimelreuin 0,01 m olmas1 gibi, 0,01 puaz'd1r. Yine bu sebeple, viskoziteleri 20°C dereccdeki suyun viskozitesine oranla belirtmek ah§IIagelmi§tir. Reldtif 1Jiskozitc diye adlandmlan bu viskozitc, sa)'lsal olarak mutlak viskozitenin aymdn·.
Viskozimetreler. Reynolds say!Slmn 2100 ita 4000 de!ierleri arasmda viskoz aktm ttirii, ttirbiiHinsh aktma dOniisi.ir. Yukandaki esitlikten faydalanarak viskozitenin hesaplanabilmesi ic;in aktmm, viskoz akrm oldu£:una mutlak suretle emin olmamtz gerekir. Bu da viskozite Oll;ecek cihazm sabit degerlerinin ve akt~kan aktm htztmn, kritik htz dei§:erinin altma dii~me~ sini temin edecek sekilde, se9ilmesi He miimkiln olur. Boru 9apmm ~ok kil9tik se~ilmesi ile viskoz aktm, temin edilir. Bu sebeple, viskozimetre, esas itiban ile kapiler bir borudan ibarettir ve bu borudaki aktmm sartlan diizenlenerek (2-11) numarah e~itlikteki sabit deger ele ge9er. Viskozimetre, bir ucunda baloncuk bulunan cam bir kapiler borudan meydana gelmis ve bu baloncuk belirli bir hacmi gOstermek lizere iki noktasmdan isaretlenmistir. Baloncuk ve kapiler boru viskozitesi Ol!;tilecek stvt ile doldurulur ve stvmm aktmmt temin edecek sekilde bilinen bir basmy uygulantr. Belirli hacimdeki stvmm aktmt i9in ge9en zaman Oh;lilerek, ortalama viskozite hesaplamr. Kapiter borunun uzuntugu ve ic; yapt Olc;illerek bulunabilirse de, viskozitesi bilinen bir stvt yardtmt ile kalibrasyonunun yaptlmast daha kolayd1r. Bu durumda 1.1. miistesna, (2~11) numarah e$itlikte yer alan biittin terimler, bilinmektedir ve 1.1 hesaplamr. Gerc;ek viskozimetreler. bir diizeltme faktOrii ihtiva etmekte ise de bu husus, burada gOz. Online ahnmayacaktu.
ingiliz iikii sisteminde viskozite, lb-mass/(ft)(sec) olarak birimlendirilir. Fakat bu birimin ad1 yoktur. 1 gr == (1/453,6) lb ve 1 em == (1/30,48) ft oldugu iQin bn degerler puaz ifadesine yerle§tirilebilirler. 1 puaz = (1 lngiliz birimi) (
30 48 • 453,6
)
== 0, 0672
lb-mass (ft)(sec)
Hcrkes9e kullamlan santipuaz, 0,000672 lngiliz birimine e§ittir. Bir lngiliz birimi 1488 santipuaz'd1r. ingiliz birimi bazan Jb-mass/(ft)(hr) §eklinde de yazi!abilir. Santipuaz'1 bu birimine donii§tiirmek i9in 2,42 ile garpmak gerekir.
Viskozitesi suyun viSkozitesine yakm olan srvllar iyin daha kan$tk cihazlar kullanmaya ihtiyac; yoktur ve ufak c;aph kapiler bir boru bu i$i gOriir. Ya81ar gibi c;ok viskoz sJVtlar it;in kapiler borunun i9 c;apt, stvmm kendi a~trlt&mm tesiri altmda akabilmesini temin maksadt ile, biiytik ahnmahdtr. Bu tip viskozimetreler, c;ok yaygmdJr. Bu viskozimetre, dip k1smmda kapiler boru olan bir kaptan ibarettir ve sabit temperattir banyosu ile t;evrelenmi~tir. Viskozitesi Olylilecek s1vmm belirli bir hacmi bu kaba· konur ve kapi1er borunun alw tma dereceli bir toplama kabt yer1e$tirilir. Stvtmn akmasma miisaade edilir ve dereceli topw lama kabmm dolmast iyin geyen zaman tesbit olunur. Bu suretle elde edilen de8er, viskozitenin bir fonksiyonudur. Bu hususda kullamlan iki viskozimetre vardtr. Engler ve Saybolt viskozimetreleri ile bulunan degerler, viskoziterlin mutlak de8eri yerine, saniye cinsinden xamam ifade ederler. Saybolt Oniversal viskozimetresinde okunan dei\:erler. {2-12) numa~ rail C$itlik yardtmt ile mutlak viskoziteye d0nii$tiiriilebilirler.
2~10. Viskozltenin tdyini. Daire kesitli bir boruda viskoz (lilminer) ak1mla akan ak1~kanlar, Hagen~ Poiseuille C-$itli&ine uyarlar. Bu husus hem teori ve hem de deneyle is~ patlanmt-$tlr.
I'
p
Yukandaki esitlikte: (2-11)
1. Puaz diye okunur.
=
o,22 e - Jao 0
i1 = viskozite, santipuaz p = yogunluk , gr I em' 6=
Saybolt'da okUnan de&er. saniye
(2-12)
42 43
Ge§itli aki§kanlann viskoziteleri, kitabm sonundaki ililve tablolar k1smmda, 2 ve 3 numarah tablolarda bulunmaktachr. Bir kis1m Sivi!ar (bulamaGlar, suspensiyonlar. emiilsivonlar ve viskoz maddelerin kan§Irnlan) Hagen-poiseuille C§itligine (2-11) uy;azlar ve bunlara Newtonian olm1yan SIVtlar ad1 veriljr. Buna kar§Ihk Hagen-poiseuille e§itligine uyan s1vllara Nezctonian stvtlar denir. . . 2-11. Bernoulli teoremi. Boliim l'de aGiklandigi gibi, hemen her kuantltal!f problemin GOZiimiinde faydalamlan ve kuvvetli bir temele dayanan iki kanun varchr. Bunlardan biri, enerjinin korunumudur. Enerjinin korunumu kanunun~ ait prensipler, bir aki§kamn aklmma uygulanacak olursa, meydana ge-
len bagmtiya Bemoullz Teoremi ad1 verilir. Bununla beraber, §U hususun mutlak Surette anla§Ilmas1 gerekir. Bu tem·em, gene! bir kanun olan enerjinin korunumu kanununun s~clece ozel bir halidir. Akan bir ab§kamn meyclana getirdigi sistemde teorik olarak her tiir. 8
Iii enerji, mevc:ut olabilir. Bu se ...
beple Bernoulli teoreminin daha gene! ve komplike bir §ekilde yazilmasi miimkiindiir. Fakat bir 90k hallerde olduk9a basit bir e§itlik haline getirilebilir. Sekil 2-S'de gosterilen sistemi gOz Online alahm ve sistemin Sekil 2- 8. Bernoulli teoreminin <;1kanh~t. hemen her yerinde temperati.i.rtin homojen oldugunu kabul edelim. Bu §ekil, A noktasmdan B noktasma s1v1 ta§Iyan bir boru sistemini gostermekte olup, ak1m igin liizumlu enerji pompa taraflndan temin edilmektedir. Boruya A noktasmdan 1 kgr SlVI girmi§ olsun. A noktasmda basmQ P A kgr-kuvvet/m"; s1v1mn ortalarna lnz1 uA rn/san.; s1vmm ozgiH haem I VA m0 jkgr degerinde bulu~su~. A noktas1, taban seviyesi olarak kabul edilen ve MN yatay dogrusu ile gostenlen dogrudan XA m yiiksekliginde bulunsun. 1 kgr SIVI A noktasmda bir potansiyel enerjiye sahiptir. Bu, MN dogrusu esas ahnarak ol<;!iiliir ve degeri XA kgr-m'dir. Sivi uA m/san.'lik bir luzla akt1g1 i9in, s1vmm her kilogram1 ( liA '/2go) kgr-m degerinde bir kinetik enerjiye sahiptir.
1
r
Bu ~fade, ortalama htzt u (volumetrik debinin kesit alanma bOliininesi ile Ol~iilen) csas ahr. Sekll 2-5 'den kolayca g0riilebilece8i gibi h1zm lokal degeri, ortalama de8erinden olduk9a farkhdtr. Bu sebeple, kinetik enerjinin gen;ek de&eri, ak1mm tiimiinii kapsayacak bir entegrasyon terimini ihtiva etmelidir. Aktmm tiimiinil kapsayacak gen;ek kinetik cnerji rt uL2 dW e~itli8;i ile verilmi~tir ve ak1m halinde alan Sivmm her _kilogram 1- (yu... 0 L.gc , kandaki dii$iinii~iimiizi.i esas alarak),
r
degerinde kinetik enerjiye sahiptir. Bu
e~itlikte
:
W = ak1min ti.imi.ine ait kiitlesel debi r1
= borunun ic;:
uL
= boru
yanc;apt
ekseninden r uzakh£mda lokal h1z
dW = r ile '(r+dr) arahgmdan akan SIVIntn kiitlesel debisi
H1zlann da£thmt pratikte c;ok de8i5tnH i~.tin, dogru bir entegrasyon ancak ger~.tek htz dag~.. hmmm ($ekil 2-5'de gOrlilen eJ;:-ri gibi) bilinmesi ile miimki.in olabilh. Bu sebeple, pratikte kinetik enerji terimi u'l. /a gc $Cklinde kullamhr vc a. sembolii htz da£tltmmdaki de£i$imi kapsar. Yaptlan deneyler, lfrminer aktmla akan akt$kanlar i~.tin a 'nin l'e e~it oldu&unu gOstermi!,ltir. Tiirbtiliinsh ak1mlar ic;in a 'nin degeri, yakla~tk olarak 2'ye C$ittir. tki kinetik enerji terimi arasmdaki fark1 gOsteren, kinetik enerji de£i$iminde, ger~.tek de8ere yakmla$ma hemcn hemen ger9ekle~ir.
Aki§kanm P A kgr-kuvvetjm2 clegerindeki basmcma kar§It olarak 1 kgr slVI boruya girmekte ve bu suretle, s1vmm her kgr'r i9in P AVA kgr-m'lik i§ yap!lmakta ve bu i§, sivmm enerjisine illlve olunmaktad1r. Bu lie; enerji teriminin toplam1, s1vmm her kgr'1 ile birlikte sisteme giren enerjiyi temsil etmektedir. Kiitlenin korunumu kanunnna gore A noktasmda sisteme 1 kgr siVI girdigi zarnan B noktasmda 1 kgr SIVl sistemi terk eder ve bu .hal, sistemin dengeye ula§masmdan sonra meydana gelir. B noktastnda sistemi terk eden stvt,
kgr-m clegerinde enerjiye sahiptir. Du e~itlikte Us, Ps ve Vs sembolleri B noktasmdaki hiZl, basmc1 ve ozgiil hacmi gostermektedir. A noktasi ile B noktas1 arasmda sistemin enerjisine bir kalma veya Qlkanlma yapilmadigi takdirde, cnerjinin korunumu prensibine gOre~ sisteme giren enerji (A noktas1ndaki SIVt
ile birlikte), 91kan enerjiye (sisterni B noktasmda terk eden SIVI ile birlikte), e§ittir. Ba§lang19ta U91kladigimiz gibi, bir pompa vasitasi ile sisteme enerji katJ!maktadir. Bunnn degeri, her kgr SIVI iQin w kgr-m olsun. Siirtiinme sebebi ile enerjinin bir k1srni, Is1ya donii§iir. Ba§langiQta U9Iklacligimiz gibi sistem, sabit temperatiirde bulunmakta ve bu sebeple ISI raclyasyon yolu ile kaybolmaktad1r. Siirtiinme sebebi ile meydana gelen bu enerji kaybmm degeri, I kgr SIVI iQin F l. B.F. Dodge. "'Chemical Engineering Thermodynamics", Me Graw ·Hill Book Company, Inc .. New York (1944) sahife 310 · 311; ve W. H. MC Adams, "Heat Transmission", Me Graw- Hill Book Company. Inc .. New York (1954) sahife 146 · l47'ye bakmt:l;.
45
44 kgr-m olsun. A ve B noktalan arasmda sistemin tiimiinii kapsayacak bir enerji bilan~osu a§agidaki §ekilde yaziiabilir.
SJvimn yogunlugu p kgr/m3 ise, siVI siitununun tabana yapm1~ oldugu basm9, SIVl hacmi ile yogunlugunun ~arp1mma e§ittir. SIVI siitununun kesiti birim alana sahip oldugu i~in, SIVI hacmi say1sal olarak X yiiksekligine e~ittir ve bu sebepten, 1
(2·13}
dmu ile iilGiilebilir ve bu yiikseklige hidrolik Qah~mahirmda yiik ad1 verilir.
1
(2-13) ve (2-14) numarah e~itliklerdeki terimlerin hepsi lineerdir. Bu sebeple terimler, basmca e§ittir ve ekseriyetle yukler diye adlandmhrlar. X terimine potansiyel yiik, u'/2g, terimine IIIz yiikii, PV veya Pjp terimlerine baszno/ yiikii-, F terimine siirtiinme yiikii Ye nihayet 1c terimine pampa tarafmdan sisteme katilan yiik adr verilir.
Vn= ..
PB
demektir ve (2-13) numarah e§itlik a§agidaki §ekli abr.
XA+_uA' 2g,
+ PAPA_F+w=Xn+
u8 '
2g,
+ PPB
8
(2-15)
Diger bir deyimle basmG, yogunlugu bilinen bir stvi siitununun yiiksekligi yar-
S1vmm yogunlugu p, kgr/m' olarak ifade edilecek olursa, ve
P=pX
(2-14}
Simdiye kad~r daima sisteme 1 kgr-kiitle degerinde SIVI girdigini kabul ettigimiz i~in yukandaki e§itlikte yer alan biitiin terimler, enerji/kgr-kiitle birimine sahiptirler. g/ g, faktorii l'e e§ittir. 2-12. Hidrostatik yiik. (2,13) ve (2-14) numarah e§itliklerde terimler aditif olup, ayni birimlerle ifade edilmeleri gerekir. X terimi metre ile ifade· olunur. 1 E§itlikteki diger terimler (kgr-kuvvet)(m)/(kgr-kiitle) §eklinde birimlendirilirler ve bunlar, say1sal olarak metreye e§ittir. (2-13) ve (2-14) numarab e§itlikteki terimleri inceledigimiz zaman bu hususun ger~ekle§tigini goriiriiz. Ornegin, luz m/san. ve g,, (kgr-kiitle)(m)/(kgr-kuvvet)(san') olarak iil~iiliirler. u"/2g, teriminin birimi, bu sebeple (kgr-kuvvet)(m)/(kgr-kiitle) §eklini ahr ve say1sal olarak metreye e§ittir. PV terimi (kgr-kuvvet)(m)/(kgr,kiitle) birimine sahiptir ve say1sal olarak metreye e§ittir. w ';e F terimlerinin de benzer birimlerle ifade olumnaSI gerekir. Tabam 1 m' ve yiiksekligi X metre olan bir sivi siitununu goz oniine alahm. I. Bu ifade say)sal olarak do8ru, fakat teorik baktmdan dogru deSildir. L>rne£:in, burada X bir yi.ikseklik olarak yaztlnut> ve,-sadece m olarak Ol9iilmli~tiir. Hakikatte bu bir enerji terimidir, (kgr-kuvvet) (m)/kgr-kiitle olarak Ol~tilmelidir ve bOyle bir d6nii.$iim i~in gfgc terimi ihtiva etmektedir. (2-13) ve (2-14) numarah e~itliklerdeki biitiin terimler kgr-kuvvetfkgr-kiitle $eklinde almmahdtrlar. Pratikte biiti.in bu terimler ytikseklik olarak dii,Uniilij_r ve belirli bir stvt stitununun ytiksekligi olarak Olc;iiliirler. g/g tedminin kullamlmamast, teorik olarak dogru olmayan bir boyutlandirmaya sebep olur, fakat Bernoulli e~it li~indeki btitiin terimlerin yUkseklik oldu£u kavramt, kolayhk saSlar ve genel olarak btitiin miihendislik <;ah~malannda kuU.amhr. Bu sebeple, pratik ve basit olan bu ~ekil, bu bOltimden itibaren devamh olarak kullandacaktJr. fakat boyut baktmmdan yanh~ oldugu unutulmamahdtr.
(2-15) num~rah e§itlik hususunda iki noktaya dikkat etmemiz gerekmek~ tedir. Bunlardan birincisi basm9 ii]Qiimiinde kullamlan birimlerin, X ve p iQin se9ilen birimlere tftbi oldugudur. En uygun birimler, X iQin m ve p i~in kgr/m3 diir. Bu durumda P i9in kgr-kuvvet/m' birimi elde olunur. ikinci husus ise baSID9 komi oldugu zaman yogunlugun bilinmesi zorunlugudur, aksi takdirde yiik terimi bir mana ifade etmez. (2-13) numarah e§itlik miimkiin olan her bali kapsamaz. A ve B noktalan arasmda, siirtiinme kay1plan ve pompa tarafmdan yapilan i§ di§mda, diger bir enerji degi§imi meydana gelmekte ise, bunun da gene] enerji e§itligine konulmasi gerekir. Ornegin, A ve B noktalan arasmda sisteme bir IS! eklenmekte veya sistemden ISI ahnmakta ise, (2,13) numarah e§itlige bunun iQin uygun bir terim eklenmelidir. (2-13) numarah e§itlikteki F terimi, bu metodun iizel bir §eklidir. Sistem i~erisinde akan aki§kan bir gaz ise, basmcm degi§mesi sebebi ile, aki§ esnasmda gazm yogunlugu degi§ecektir. Bir gaz genle§tigi zaman enerjisinden
kaybeder. Bu, i§ §eklinde ortaya Qikar ve (Pn VdP e§itligi ile ifad
• PA
Bernoulli e§itligi uygulanan sistemde yogunluk degi~mesi meydana gelmekte ise, bu hal goz iiniine almmah w ve F terimleri i9in yaptigimiz gibi, e~itlikte yer almahdir. Bu entegre durumun hesaplanabilmesi, e§itlik uygulanacak sistemin tiimiinii kapsayacak §ekilde P ve V arasmdaki bagmtmm bilinmesine ihtiya9 giistermektedir. Bu bagmti herhangi bir §ekilde olabilecegi iQin, genel bir kaide gosterilemez ve e~itlige konulacak terim, problemin §artlarma gore hesaplamr. Genellikle bu gibi durumlar, bu kitabm konusu di§mdadir. 1.
Bu ktstm 2-3'deki (2-4) numarah e!?itli8e
e~degerdir.
46
47
~ekil 2-S'deki sistemin iki ucuna uygulanan Bernoulli tcoremi, sistcmin herhangi iki noktas1 i~·in de uygulanabilir ve bu e§itlik, her nokta iGin geGerlidir. Genellikle bu e,itlik, en GOk bilgi bulunan iki nokta iGin uygnlamr. E§it" Jigin kullamh§l, U§ag1daki ornekJe gosteriJmektedir.
Ornek 2·1. (!;)ekil 2·9'a bakmtz). Bir pompa, geni~ kesitli bir depolama tankmdan 3 parmakhk (i<; <;apt 75 mm olan) bir boru ile, Ozgiil a&trh~h 1.84 olan bir c;Ozelti c;ekmCk~ tedir. Emme borusunda SIVI aktm htzr 1 m/san'dtr. Pompa bu <;Ozeltiyi 2 parmakhk (ic; <;apt 50 mm olan) bir boru ile, yiiksekte bulunan bir tanka basmaktadu. Basma borusunun bitimi, besleme tankmdaki <;Ozelti seviyesinden 50 m yiikseklikte bulunmaktadtr. Sistemin tlimi.inde meydana gelen siirtiinme kaybt 3 m yiiksekli£;indeki <;Ozeltiye C.$de£;erdir. Pompa kgr/rrf! olarak ne kadarhk bir basm9 yapmahd1r? Pompamn teorik beygir glicii ne olmahdtr?
w = 50
+ 3 + 0,258
= 53,258 rn
(I ,84
ozgtil aglfltgmda
w'ya tekabtil eden basmr;, kgr/m2 olarak, (2
Basm9
= (53,258) (1.840) = 97.994
~~) ( san. m' -) = -~!_:-_!!1 ( m2 san.
+
kgrfm"
~ozelti)
15) numarah bagmu yardtmt ile bulunur. ~
9,80 kgr/cm'
oldu!tundan, kullamlan kuvveti bulmak
i~in
kgr/m2
ile ifade edilen basmct, saniyede pompalanan stvt hacmi ile t;:arpmam1z gerekir. Dy parmakhk boru (iy ~apt 75 mm) kesitinin it;: alam 4.415 mm'2 = 0,004415 m:Z'dir. 1 m/san.'lik bir aktm htzt i.;:in, pompalanan stvt hacmi (0.004415) (1) = 0,004415 m3 /san. dir. Bir beygir glicli 75 kgr-mfsan. olduguna gOre,
·Iu beyg1r . gucu .. __ = ( 98.000-. kgr) (0,004415 m3/san.) L uzum k ~, = 5,76 h p. m"' 75 gr~m/san.Jnp Hidrostatik ylik m olarak bilinmekte ve ak1mm ki.itlesel debisi, kgr/san. olarak hesaplanaR bilmektedir. Bu sebepten ~Ozeltinin istenilen yi.ikseklige bastlabilmesi i9in ltizumlu kuvveti a$a8;1daki bagmtl yardimi ile de hesaplayabiliriz. (m) ( _l<_g__r_) san.
BORJ t;AP 75rrm. ~
tn./sn.
Sekil 2~9. Ornek 2~1 i~in verilen degerler. <;Oziim: (2- 14) numarah e$itli8i uygulamak i~in A noktast, besleme tankmda bulunan ~Ozeltinin ylizeyinde, B noktast ise basma borusunun sonunda almtr. Yliksekli8i Olymek iyin A noktasmdan ge~en doSruyu alaltm. Buna gOre,
X 8 = SO m llA :=
"n =
F=3m
PA = Pn
0 (I) (75)2
( 0)2 - = 2,25 m/san. 5 pA
= pB
(her iki;i de atmosfer basmcmda bulunduklarmdan)
= (1.000) (1,84) = 1.840
kgr/m'
Bu de8:erleri (2- 14) numaralt e$itlikteki yerterine koyahm.
(2,25)2 -3 + w =50+ (2)(9,8)
=
k!fr :m san.
2·13. Siirtiinme kaYJplan. Sistem igerisindeki surtunmelerden dogan enerji kaybm1 gostermek uzere, Bernoulli e§itligine bir terim ililve edilmi§tir. Bu siirtUnme kay1plan muhtelif cinsten olabilir. Bu kay1plann hesaplanmas1, sadece su icin degil, fakat ayni zamanda aklm §artlan ve akl§kanm fiziksel ozellikleri bilindigi zaman herhangi bir ak1§kan icin, onemli bir muhendislik problemidir. Daha evvel aQlklandlgl gibi ab§kanlar, lilminer veya ttirbulilnsh aklmla akarlar. izotermal li\miner abmlarda surtUnme kayb1, (2-11) numarah e§itlik yard1mJ ile hesaplanabilir. Pratikte ak1§kanlann lilminer ak1mla akmalan, oldukca nadir gorU!en haldir. iki akl§ turu birbirinden cok farkh oldugu iGin, turbU!ilnsh ak1mda kar§Jia§llan siirtunme kayb1, laminer ak1mda gordugumuzden farkh kanuna tilbidir. Diger taraftan ak1m hiz1mn kritik luz degerinin aJtmda veya us\Unde oJmasma bak1Jmaks1ZJ11 her iki ak1m turunu de kapsayacak tek bir bagm\1 kullamlabilir. Bir boru icerisinde akan ab§kanda meydana gelen surtUnme kayb1, birbirlerine nazaran hareket eden bir ka\J ile bir ak1§kan arasmda dogan gene! direnQ kanununun ozel bir halidir. Herhangi bir §ekle sahip kat1 bir cismin, bir ab§kan i~•erisine daldmlml§ oldugu bali goz6nune alahm. Bu cismin akim yonune dikey olarak o!QU!en uzunlngn, D ve aki§kan ile ka\J cismin temas alam A olsun. Kat1 cismi a§an ak1§kanm hlZI, ses h1zma nisbetle ufak bir degere sahipse, tecrube ile de gorU!dugu gibi, direnc sadece ka\J cismin puruz!Uliigii, §ekli ve biiyiikliigii ile aki§kanm hizi, yogunlugu ve viskozitesine tilbidir. Bu degi§kenlerin boyutlan goz onune almacak olursa a§ajpdaki e,itlik tiiretilebilir 1 1. Bridgman, "Dimensional Analysis", Yale University Press, (1922), sahife 83-86.
New Haven,
Conn.
48
49
F
= pu
A
2 _
g,
¢' (
Dup)'
\ 1-1
L = borunun uzunlugu, m
(2-16)
D .= borunun i9 Yukandaki
e~itlikte
: F = u = p = 11 = g, = ¢' =
total diren9 kuvvett kat1 cismi a§an aki§kamn luzt aki§kamn yogunlugu akt§kamn vi,/J,ozitesi 9,81 (kgr-kiitle)(m)/(kgr-kuvvet)(san') gergek §ekli her ozel hal i9in tesbit edilen bir fonksiyon
Yukandaki e§itlikte Hey~olds saylSl (Dup/J>) tekrar kar§Imiza Gikmaktadir. ¢' ile gosterilen fonksiyonun §ekli, kah cismin geometrik §ekline ve piiriizliiliigiine Hlbidir. 2·14. Bondar i~inde siirtiinme. Uzunlugu L olan claire kesitli bir boru iGerisinde akan akt§kanm i:izel halini goz oniine alahm. Aki§kan abmma kar§I koyan dhen9 kuvvetlerinin toplam1, aki§kan ile boru i9 yiizeyi arasmdaki te,mas alamnm, (2-16) numarah e§itlikle hesaplanan <;Ieger (FIA) ile garp1mma e§it olmahdir. Basmg dii~ii§ii, basm9 birim alana tesir eden kuvvet oldugu i9in, yukanda bahsedilen ~arp1mm boru kesit alamna biiliinmesine e§it olmahdir. (2-17)
(2-16) numarah e§itlikte F I A degerini, bu e§itlikte yerine koyahm.
rtD'/4 \pu')'([)up) g, 1-1
AP1
=
(LrtD)
AP
=
[4u'Lp) ¢' (Dup)
(2-19)
(::5)¢·(D:p)
(2-20)
I
AHI =
\
g,D
iJ.
Yukandaki e§itliklerde :
!!.P, = siirtiinme sebebi ile meydana gelen basmg dii§ii§ii, kgr/m> F I A = diren9 kuvveti, kgr jm• temas alam
(2-18)
9ap~
m
p
= akt§kanm yogunlugu, kgr-kiitle/m3
u
= aki§kanm
ortalama hizi, mlsan (total debinin m3 /san., boru kesit alamna m• biiliimii)
f.t = aki§kamn viskozitesi, puaz
g, = donii§iim faktiirii, 9,81 (kgr-kiitle)(m)/(kgr-kuvvet)(san•)
!!.H1 = !!.Ptfp = siirtiinme sebebi ile hidrostatik yiik kayb1, m Siirtiinme kaybmm, Heynolds sa)'lsmm bir fonksiyonu oldugu, genellikle kabul edilmedigi zamanlarda, bu kaybm hesaplanmas1 i9in (2-19) numarah e§itligin degi§ik bir §ekli olan Ve Fanning e§itligi ad1 verilen bir e§itlik, kullamlmt~tir.
(2-21)
Fanning e§itligi kullamldtgt zaman, f'nin degeri tablolardan ahmr. (2-19) numarah e~itlikteki 4 yerine 2 faktoriiniin yer almasi, Fanning e~itliginin 9Ikanh§l esnasmda, keyf1 bir sabitin kullamlmasmdan ileri gelmektedir. Bu e§itlik, uzun y11lar bir 90k miihendis tarafmdan kullamlmt§hr. Bugiin dahi miihendislerin ekserisi Fanning e§itligini kullamrlar, fakat f'nin degerini bir tablodan alacak yerde, f = ¢ (Dupff.t) diyagrannndan ahrlar. Boyle bir grafik, §ekil 2-lO'da verilmi§tir. B egrisi, temiz ve yeni demir veya 9elik bir borunun siirtiinme faktiiriinii gostermektedir. C. egrisi 9ekme pirin~, bak1r veya nikel borular ile, cam veya diger malzemeden yap1lan ve iQ yiizleri ~ok diiz olan borulara aittir. J'iirbiililnch aklm i9in B ve C egrilerinin birbirlerinden farkh olmas1, bahsedilen borularm reliltif piiriizliiliiklerinin farkh olmasmdan ileri gelmektedir. Bu iki egri iizerinde yer alacak egriler ailesi, daha fazla piiriizliiliige sahip boru1arm tiimiinii kapsar. Bu §ekilde, egriler ailesi meydana getirilmi§se de biitiin gii9liik, piiriizliiliigiin tllyininden ileri gelmektedir. Piiriizliiliik, borudaki piiriiz yiiksekliginin boru 9apma oranlanmas1 ile tayin edilmektedir. Bu, boruyu kesip a9mak . ve boru profilini i:ikmek sureti ile yapthr. $iiphesiz bu usul, bir9ok haller i9in pratik degildir, Bundan ba§ka piiriizliiliigiin tesiri, sadece yukanda a9tklanan orant1 ile i:ikiilemez; 9iinkii piiriizler, testere di§i §eklinae keskin ki:i§eli oldugu gibi parlak ve yuvarlak ki:i§eli de olabilirler. Biitiin bu faktiirleri, basit bir piiriizliiliik fakti:irii i9erisinde toplamanm imkilnsizhgi, born piiriizliiliigiiniin onceden bilinememesi ve kullamlmakla boru piiriizliiliigiiniin artmast gibi sebepI.
t;atalta~
-
Kimya Miihendisligine Giri~
F.4
50
51
lerden dolay1, ~ekil 2-10'daki diyagrama ba~ka egriler konulmamt~tir. Sadece ptiriizliiliigiin siirtiinme iizerindeki tesiri hususunda bir fikir vermesi i~in 2-1 numarah "tablo verilmi~tir. 2-1 numarah tablonun verilmesinden maksat, proje ~iziminde kullamlmak i~in baz1 degerlerin verilmesi olmaytp, sadece ptiriizliiliigtin stirtiinme iizerindeki tesiri husnsunda bir fikir sahibi olunmastdtr.
(2-21) numarah e§itligi (2-11) numarah Hagen- Poiseuille e~itligi ile birle§tirece kolursak, laminer akintlara uygulanabilecek n§agtdaki e§itlik meydana gelir.
2fu2Lp g,D veya
1.0
8
f= 16~
6
Dup
4
'
2
0.1
I'\
8 6
f
(2-22)
~ -!+It
2
"
o.o 1 8 6 4 3 2
102
(2-23) numarah e§itlik, log-log koordinath bir grafik kag1d1 iizerine ~izil mi§, egimi -1 olan bir dogrunun denklemidir. Boyle bir" dogru, §ekil 2-lO'un sol tarafmda, A ile giisterilmekte olup, Himiner akimm siirtiinme faktiiriinii verir. Bu sebepten, Fanning e§itligi (2-21) hem laminer ve hem de tiirbiili\nsh akintlar igin kullamlabilir. Reynolds say1s1 2100'iin altmda oldugu zaman, aktm claima lliminerdir ve degeri, §eklin sol kii§esindeki dogrudan faydalamlarak okunur. Reynolds sayismm 4000'in iizerinde oldugu hallerde aknn, pratik olarak daima tiirbiili\nshchr ve f degeri, sagdaki egrilerden faydalamlarak bulunur. Reynolds say1s1mn 2100 ila 4000 degerleri arasmda olmast halinde, aktm tipinin tayin edilememesi sebebi ile, herhangi bir hesaplama yapllamaz. Bu biilgede siirtiinme kaybm1n hesaplanmast gerekirse, tiirbiili\nsh akim icin verilen degerler kullamlabilir.
f
o(
0.00 1
(2-23)
2 3 456 81o3 2 3 456 s104 2 3 456 stR 2 3 456
I
2 345681
Du p
fl Sekil 2-10. Daire kesitli borular i~¥inde akan aki$kAn1ar i9in si.irtlinme faktOrleii.
Aynca, ~ekil 2-10'un dayandtiit deneysel bilgilerin hassasiyet derecelerinin de ~ok iyi olmadtgt belirtilmelidir. Tiirbiilansh akim igin verilmi~ egrilerin yiizde ± 5 kadar bir yakinhk ile pratige uyup uymad1g1 hususu, sorulmaya deger. Bu egrilerin te§kilinde kullamlan deney sonu9lannm dagtltmt, en az bu kadardtr, Bu sebepten, §ekil 2-10'un ~iziminde daha kii~iik koordinatlarm kullamlmasi maksath olarak terk edilmi§tir. Bundan dolay1 diyagram 90k kesinlikle okunamaz ve 'biitiin pratik kullamh~hir i9in, hassasiyet %+5 ila 10 arasmdadu. Tablo 2-1 Borunun durnmu
Piirilzliiliik faktOrii
DiizgUn pirin~, baku veya kur$Un boru Yeni ~¥elik Veya dOkme demir boru DUzgi.in a&a~ veya iyi Ortiilmli$ boru Kullamlm.I$ dOkme demir veya per9inli, yeni !(elik boru Cam veya emaye kaph boru veya kullamlmi$ !felik boru
0,9 1,0 1,2 1,4 1,6
Kullamlmi!, pe"inli ~elik born Fazla a!llDIDI$, dOkme demir boru
2,0 2,5
"Sekil 2-10' daki tiirbiilllnsh aktm egrilerini inceledigimiz zaman, Reynolds say:tsmm artmas1 ile egrilerin hemen he~en yatay bir durum aldigmi giirtiriiz. Bu §artlar altmda siirtiinme kayb1 Reynolds say1Slna (ve bu sebepten viskoziteye) tabi degildir ve neticede htzm karesi ile oranttl1 olur. Reynolds say:tsmm dii§tik degerinden yiiksek degerine geci§ esnasmda durumun degi§imi, §U §Ckilde giizlenebilir. Ulminer alam halinde direng, sadece aki§kanm boru ic yiizeyinde kaymasmdan dogar ve girdap te§ekkiilii olmaz. Kritik hlz a§Ildigl Zaman girdap te§ekkiil eder ve Reynolds say1Slmn 4000'in iizerine 91kmas1 halinde, §ekil 2-5'de giisterilen ve kis1m 2-7'de actklanan durum meydana gelir. Tiirbiilansh akimda SIVI cekirdegi; lilminer alamda ise, boru ic yii~eyinin hemen yakmmda yava§ hareket eden ve SIVI tarafmdan meydana getirilen bir film tabakasi bulundugu giiriiliir. Siirtiinmenin sebep oldugu total basm9 dii§ti§ii, tiirbiilansh cekirdekteki ve li\miner film tabakasmdaki kay1plann toplanudu. Kritik luz yakimnda ikinci kay:tp daha tistiin durumdad1r. Reynolds say1smm yiik" sek degerleri i~in lilminer kuvvetler, tiJrbiilansh kuvvetlere oranla daha ufaktir. Stirttinme kaybmm tiimii, tiirbiilansh aki§kamn kinetik enerjisinden (luzm karesi olarak iilgiiliir) ileri gelir ve egri, sabit bir degeri vermek iizere diizle§ir. Yukandaki a91klamalar, sadece diiz bir boru i9erisinde akan akt§kanda
32
53
meydana gelen siirtiinme kaytplanm goz online aJmaktadtrlar. Kesit veya yon degi§mesi ile SlVl etkilenecek olursa, diger kaytplar da meydana gelir ve bunlar ayr1 olarak incelenmelidir. Bu kaytplarm, kinetik veya potansiyel enerjinin lSlya diinii§iimiinden meydana geldikleri ve devamh olduklan unutulmamahdlf. Bunlar Bernoulli e§itliginde biz _veya basm~ yiiklerinin yerini alamazlar. · 2-15. Ge~eme kay1plan. Boru kesiti, yava§ yava§ geni§leyecek olursa SlVl kendini bu gimi§lemeye ah§tmr. S1v1 bundan etkilenmez ve bu durumda bir enerji kaybt meydana gelmez. Kesit birdenbire geni§leyecek olursa, te§ek" kiil eden girdaplar sebebiyle bir enerji kaybt meydana gelir ve bu noktada enerji kaybt, diiz boruya oranla daha biiyiik olur. Boru kesitinin birdenbire geni§lemesi ile meydana gelen enerji kaybt, a§agtdaki e§itlikte hesaplamr.
I!.H = (u,-u,)' 2g, . •
(2-24)
Yukandaki e§itlikte :
= kiiQiik kesitteki biz, m/san.
u. = biiyiik kesitteki biz, m/san. 2-16. Daralma kaYJplan. Boru kesiti birdenbire daralacak olursa, te§ekkiil eden girdaplarm sebep oldugu enerji kaybt, a§agtdaki e§itlikte hesaplamr.
Ku,'
Yukandaki e§itlikte u., kiiciik kesitteki luz ve K, iki kesitin relatif alanlarma til.bi bir faktiirdiir. Bu katsa}'lya ait degerler, §ekil 2-ll'de verilmi§tir.
0.40
-
..........
0.20
0 0
0. 20
~kil
1'--..
.......
r-....
Tablo 2- 2. Disli fiting ve valflarda siirtiinme kaytplan E$deCer uzunluk (boru rapmm katt olarak)
.......
45° dirsek 90° dirsek, standart yan~aph 90° dirsek, ortalama yant;aph
15 32 2o
90° dirsek, uzun dOnemes;li
20
90° kare dirsek 60 18'0° geri dOnii$, ya~m 75 ~ 80° g'eri dOniis, ortalama yangaph 50 T rakor (dirsek olarak kullamlan, normal giriste) 60 T rakor (dirsek olarak kullamlan, kol aymmmda) 90 Manson ihma.I edilebilir Disi nipel ihmfil edilebilir
.......... ~
K
ra bu uzunluga, muhtelif fitinglerin bilinen e§deger uzunluklanm ililve etmek ve bu suretle elde olunan total uzunlugu, Fanning e~itligindeki L degeri ytjrine koymakla hesaplanabilir. Tablo z,z' de di~li fitinglerin ve valflarm hem en hemen herkes<;e kabul edilen e§deger uzunluklan verilmektedir. Flanjh fitinglerde meydana gelen siirtiinme kay1plarma ait elde bilgi mevcut degildir.
(2·25)
2g,
0.60
Sekil 2-JO'dan giiriilecegi gibi Reynolds sa}'lsl biiyiidiike, siirtiinme faktiirii f egrisi, hemen hemen sabit bir deger ahr. Bu hususun, fitinglerdeki siirtiinme kaytplan iQin de, dogru oldugu bulunmu§tur. Fitinglerde de siirtUn" me kayb1, Reynolds say'5ma tilbidir; yalmz yiiksek Reynolds saytsmda siirtiinme kaybmm degi§imi, ~ok ufakt1r. Bu husustaki bilgi eksikligi ve mevcut bilgilerin hassasiyet derecesinin azhg1, fitinglerdeki siirtiinme kaytplarmm Reynolds say1sma tilbi olmad•g• dii§iincesini kabullenmemize sebep olur. Bu kayiplarm, diiz borunun e§deger uzunlugu olarak ifade olunmasl herkesQe benimsenmi§tir. Bu husus, cliiz borunun hakiki uzunlugu olarak degil, boru Qapmm belirli bir kat1 olarak ifade olunur. Dzerinde fitingler bulunan bir boru sisteminde si.irtiinme kaybt, Once diiz boru klsmmm uzunlugunu hesaplamak ve son-
!lH, = yiik kaybt, m
u1
2-17. Fitinglerde (bajjlaYJcllarda) kaYJplar. Boru capmm kesit ve yon degi§tinnesi, Qalkant• ve girdap te§ekiiliine sebep olur; bu da, enerji kaybma yo! aQar. Piyasadaki fitinglerin sebep oldugu siirtiinme kaytplan, hususunda tam bilgi mevcut degildir.
I'..
0.40 0.60 0.80 ALANLAR ORANI 2 - 11. Daralma katsayllan.
"
100
Siirgiilli vana (ac;tk)
7
Contah vana (a91k) Egimli vana (a!
300 170
400 600 300
55
54 Fiting ve valflarda meydana gelen siirtiinme kay1plan, §U §ekilde hesaplamrlar. Bir filing veya valf ahmr ve bunun iki ucuna, normal akim dagilnmm temin etmek maksad1 ile yeterli uzunlukta diiz borular baglamr. Bundan sonra bu sistemin total direnci hesaplamr ve bundan diiz boru k1smmm bilinen direnci Qikanlarak, fiting veya valfm direnci bulunur. Filing veya valfm her iki yiiniinde ycteri kadar diiz boru bulundugu zaman, bu metod hakikaten dogru soIHI9 verir. Eger iki veya daha fazla filing, normal akim dag1hmmm te§ekkiiliine imkiln vermeyecek kadar birbirlerine yakm konulurlarsa, Tabla 2-2 'de verilen dcgerl~rin kullamlmasi, dogru sonu9 vermez. Bugiin i9in boyle bir durumu hesaplamaya varayacak herhangi bir metod, mevcut degildir. Bu gibi hallerde diiz boru uzunluguna valf ve fitinglerin tablodan alman e§deger uzunlnklan eklenerek hcsaplanan siirtiinme kayb1, pratikte meydana gelen hakiki deger.inden azd1r. (hnek 2-2. Sekil 2- l2'de bir boru sistemine baglanmt~ ve yiikse8e konuhnu~ bir tank g6riilmektedir. Tank ve boru sistemi 82° C derecede su ile doludur. Boru sisteminden 378 litrejdakika degerinde bir bo~alma temin edebilmek i9in, tanktaki stvt yiiksekIi8i ne olmahdtr? A
~·
T
T
;o
X
• H!ORU (:APl:JOrrm.
I
' I
-T BORU
"'
<;AP SOmm. --
' l--1 BB~ I
E:i>!--
·[) __l
10m.
'i:--- 40"'~- 4
's
BORU
t;AP SOmm.
-
.
Bu Orne£imizde F, ~u hususlan kapsamaktadtr : ( 1) tank c:;tki~mda daralma kaybt, (2) it; t;apt 100 mm alan baruda siirtiinme kaybt, (3) 100 ve 50 mm ic:; ~aph borular arasmda daralma kaybt ve (4) 50 mm ic:; c:;aph boruda siirtiinme kaybt. Biitiln bu hususlar, a~a£:t daki ~ekilde hesaplamrlar. I. Tank pkt,'imda daralma kaybt. 100 mm ic:; ~Kapmda alan bir borunun i!¥ kesit alam 7.850 mm 2 veya 0,00785 m:Z dir. Bun a gOre 4 parmakhk boruda htz,
37
2. 100 mm ir raplt boruda siirtiinme kaybt. Bu hususu cevaplandtrabi!mek numaralJ C$itlik ile Sekil 2~10'daki diyagramt kullanaca£n. D
= 100
mm
= 0.1
uB2
X-F=-
2g,
i~in,
(2-21)
m
u = 0,8 m/san. p = 970,5 kgrfm 3 (suyun 82°C derecedcki yo&unlui;\u) 11
= 0,347
L = 20
santipuaz
+ (32) (0,1)
= 0,000347
= 20
+ 3,2
kgr/(m) (san.)
= 23,2 m.
20 metre uzunlu£:unda ve ~apt 100 mm alan boruya 90° standard c;.aplt bir dirsek ba£:landtgt i9in, bu dirsegin sebep oldugu slirttinme kaybma e$def:er uzunluk tablo 2~2'den alman deSer kullamlarak (32) (0.1) seklinde hesaplanmt~ ve 100 mm. ic;. c:;aph boru uzunlu&una eklenmistir. (0,1) (0.8) (970,5) O,UUU347
223.700
Sekil 2- 10'daki diyagrama bakttgtmtzda (D u pf1.t) = 223.700 degeri i~in f 8unu gOriiriiz. Bu de£:eri (2-21) numarah C$itlikteki yerine koyahm. AP1 -=b.Hf p
Tank 9apt, yeteri kadar biiyiik aldul§:u i9in uA = 0 diyebiliriz; A ve B naktalanmn her ikisi de atmasfer basmct altmda ve dalaytstyla e~it basm~ta alduklarmdan, bunlan ~itli8in her iki tarafmdan 'kaldtrabiliriz. Bu durumda yukandaki ~itlik ~u ~ekli abr.
U,OJ78J
Boru kesit alam, tank kesit alamna oranla c:;ok kiic:;iik oldui?;undan, bu alanlann birbirlerine oram. hemen hemen stftrdtr. Bu durumda (2-25) numaralt e~itligin, ~ekil 2-11 'deki diyagramdan akunan daralma katsaytsmm degeri 0,5 alur. Simdi bu de&eri (2-25) numarah esitlikte yerine kayup daralma kaybtm 'hesaplayaltm.
Sckil 2- 12. Ornek 2-2 ir;in verilen bilgiler. COziim. A ve B noktalan i~in Bernoulli teoremini yazmak miimklindiir. Ytikseklik Olr;iimUne ba!$lang19 alarak,, B noktasmdan ge9en daj§:ru ahnabilir. Stvt tarafmdan veya stvtya yapllan herhangi bir i~. siirtiinmeyi yenmek i9in yaptlan hari~. yaktur. Sisteme (2- 14) numarah e~itlil§:i uygulayahm
( --- 1---)= 0,80 m/san. m2
m') ( !!:.60 'san.
= 0,.005
aldu~
(2) (0.005) (0,8)2 (23,2)
(Y,S) (U, 1)
= 0,151 m.
3. Dara[ma kaybt. 100 ve 50 mm h.: ~aph barulann kesit alanlannm oram 5(}2/1002 = 0,25 dir. Buna gOre (2-11) numaralt diyagramdan okunao (2~25) numarah esitli&in sabiti 0,42 dir. 50 mm i~ ~aph borudaki akt!?kan htzt, 100 mm. i~ 'raplt barudaki hlzm, baru kesit alanlan oranma bOliinmesi ile bulunur ve 0,80/0,25 = 3,2 mfsan. dix:. Bu de&erleri (2-25) numarah e~itlikteki yeflerine koyahm.
56
57 (0,42) (3,2)2 (2)(9,jl) -
AH,-
Bundan ba$ka u, D'nin bir fonksiyonudur. Bu (mz boru kesiti), a5a8;Idaki 5ekildc hesaplamr.
0,22 m.
+ 10 + 18,8 + (2) (32) (0,05) Dup fl
A if = J
(2) (0,0045) (3,2)2 (72) (9,8)(0,05)
1t
447.500 Bu C$itli&in D'ye gOre !;Oziilmesi, /'nin Reynolds saytsma tftbi olu5u (diger bir deyimle D'ye tabi bulunu$U) sebebi ile, miimkiin deSildir. Muhtelif boru c;aplan gOz Online almtr, bunlann her biri ic;in siirtiinme kay b) hesaplamr, sonra _uygun c;ap sec;ilir; bu suretle c;Oziim, yakl~tk deSerter metcxllt ,ile miimkiin olabilir. Bununla beraber j'nin Reynolds saytsma tilbi olarak de8i$imi, tiirbiilftnsb ak1m b6lgesinde o kadar azdtr ki, fnin degeri tahmin olunabilir ve doB:rudan dogruya c;Oziime gec;ilir.
f degeri 0,0045 dir. 13,54 m.
Toplam slirtiinme kayb1, m olarak
OrneSimizde j'nin degeri i9in f = 0,0056 tahmin olunursa:
Tanktan 100 mm it;: t;:a_pll boruya get;:ii,ite daralma kayb1
0.016
100 mm it;: t;:aph boruda slirtiinme kayb1
D'
0,151 D
damlma kayb1
0,220
50 mm it;: t;:aph boruda slirtiinme kaybt
13,540
Toplam
13,927
Simdiye kadar bulmui,i oldu~umuz degerleri Bernoulli ei,iitli&ine yerl~tirelim.
X - 13,927
(3,2)2
= (2) (9,8)
m.
, Tanktaki su seviyesinin tank tabantndan yiiksekliAi,
m.
Omek 2--3. 4,5 °C derecede bulunan su 305 m uzunluktaki yatay bir demir boruda 570 litrefdakikahk bir debi ile akm~ktadtr. 6 m de&erinde hidroslatik ylik kaybt mevcuttur. Buna gOre boru !;:apt ne olmahdtr?
.;aznm.
m.
=
f 0,0056 tahminimizin dogruluB:unu kontrol etmek i9in Once 102,3 nim (Kitabm sonundaki tablo 4'den) ic; 9apa sahip boruda Reynolds saytstm bulahm. sonra Sekil 2- IO'dan /'nin de&erini okuyahm. p
= 1.000
kgrI m'
= 0,1023
m
u =
+ 0,095- (2) (0,055)- 10 = 9,985
10 _,
Bona gOre 4 parmakhk bir boru kullanilmaltdtr.
D
Tank tabanmm referans d~rusundan (B noktasmdan get;:en doSru) yti.ksekligi,
= 4,462 :::0: 4,50
= 0,96
'
11 = 1,55 santipuaz = (1.55) (1,02) (10·· 4 ) kgrl (m} (san)
0,52
X= 14,447 m.
14,447-9,985
= !~0,
100 mm it;: .;aph borudan 50 ·mm it;: t;:aph boruya get;:ii,ite
20
(m3 /saniye)/
u'nun bu de&eri, yukandaki D C$itlil;:inde yerine konur.
= 72 m.
10.05) (3,2) (970,5) 0,000347
~ekll 2-IO'daki diyagramdan okunan
de£eri~
12 u-(Q·6057 ) (-_1--)=(ll,Q )mlsaniye D'/4 D2
4. 50 mm if r;aplt bomda siirtiinme kayb1. Bu hususun hesaplanmas1, diiz boru uzunluSuna, -iki dirse!;e ait e'jde8er uzunluklann eklenmesi :?eklinde olur. L = 40
problem i!;in u'nun
(2- 21) numarah e~itlik, D'ye gOre !;:Oziilecek olursa a~aStdak.i ~ekli ahr.
0,012 m I samye . = o:TO"i32
...!2'=-L \1
I . 14 m I santye .
(0,1023) (1,14)(1.000) = 72.880 0,00016
Sekil 2- lO'dan, Reynolds saytsmn1 72.880 deSerinde j'nin de&erlnin yakl~tk olarak 0,0056 oldu&u gOriiltir.
2-18. Gazlara uygulama. Sekil 2-10 yardum ile bulunan basmc; dii§ii§ii, sadece sl\•Ilar ic;in dogru olmay1p, (2-21) numarah e§itlige uygun alan degerler yerle§tirildigi takdirde, gazlar ic;in de dog;udur. Bernoulli e§itliginin ac;Iklanmasmda belirtildigi gibi, gazlar borular ic;erisinde akarken, genle§me veya bastinlrna i§ini kapsamma alan bir terirn, bu e§itlikte yer almahd1r. Sekil 2-10, borular ic;erisinde akan gazlara uygulanacak olursa, son yogunlnk esas ahnarak yap1lan hesaplamalann sonuc;lan, basmc; dii§ii§ii ba§langi<; basmcmm ~lclO'unu
58
59
a§madigi miiddetge, dogrudur. Sekil 2-10'u kullanarak bulunan basmg dii§ii§ii bu miktardan biiyiikse, (2-21) numarah e§itligin basil §ekli kullamlamaz ve i§ 1 terimini goz i:iniine alan daha miikemmel e§itliklerin kullamlmas1 gerekir. 2-19. Dairesel olmayan boru kesitleri. (2·21) numarah e§itligi, kesiti claire §eklinde olmayan borular i<;erisinde akan ala§kanlara uyguladigimiz zaman, boru gap1 olarak neyi kullanmamiZ gerekecegi bir problem olarak kar§Imiza <;I(4) (boru kesitinin alam) kar. Boyle bir durumda e§deger Qap 2 lqJllamhr ve bu (borunun IslatJ.Ian <;evresi) §eklinde tammlamr. Ornegin, gaplan D 1 ve D, alan halka (i9 i9e iki boru tara.. .. .. .. d ek'·1 b'1r §ekl' • <;api, 4--(D--D 1t(D12-Dl)). . ·1 ) gorunu§un £md an meyd ana get men · m C§d eger 47t
1
+ •
veya (D,- D2)'dir ve bu, (2-21) numarah e§itlikteki D'nin yerini ahr. Yukandaki tamm, yuvarlak bir boruya uygulanacak olursa, e§deger <;ap tammt (kusursuz oldugu takdirde) boru <;apma e§it olmahdir. Fanning e§itliginde D igin e§deger gapm kullamlmasi sadece tiirbiili\nsh ak1mda dogrudur. Dairesel olmayan boru kesitleri i<;in Hagen : Poiseuille e§itliginin matematik <;oziimii yaziiabilir, fakat bu husus, kitabimlZln konusu di§Indad!f. 2-20. lzotermiil olmayan alum. Sekil 2-10'da verilen ve siirtiinme faktoriiniin Reynolds say!Slna ti\bi olarak degi§imini gosteren diyagram, izotermal alnm i<;indir. Ala§kan ISiti!digt veya sogutuldugu takdirde, temperatiir degi§imi ile birlikte ala§kamn fiziksel i:izelliklerinde de degi§meler meydana gelecektir. Viskozite, temperatiir degi§imlerinden en <;ok etkilenen bir fiziksel iizellik oldugu igin, temperatiir degi§imi ile birlikte onemli viskozite degi§imleri olm. Sieder ve Tate •, borular i<;erisinde ISitllan veya sogutulan aki§kanlarm meydana getirdigi siirttinmenin, alam1n cinsi ister izotermal olsun ister olmasm, bir~ birleri ile yalan hagmti!t oldugunu gostermi§lerdir. Bu bagmtJ §u §ekilde kurulur. Once Reynolds saytsi hesaplamr ve §ekil 2-10'dan f. degeri okunur. Sonra Reynolds say1smm durumuna gore a§ag1da verilen iki e§itlikt-en biri kullamlarak tjJ degeri hesaplamr ve §ekil 2-10'dan okunan f degeri,
(~· ~-
(~~-
t"
1
1
r·
Perry, sahife 378 /fe bakmiZ. Hidrolik.te, hidrolik yanrap terimi 0
Dup
~
~.toB:unlukla
yapllan C:$de8er ~ap, hidrolik yan~apm dOrt kattd1r. ' Ind. Eng. Chern. 28 : 1429 (1936).
2-21. Alrn;kanlarm Ol~iilmesi. Endiistriyel proses ve operasyonlarda kullamlan maddeler SIVI veya Qiizelti halinde bulunduklarmdan, bir boru veya bii kanaldan akan aki§kanm miktarmm iil~iilmesi biiyiik iinem ta§Ir. Ab§kanlarm miktarlan?I 'ol<;mede kullamlan metodlar, a§agidaki §ekilde simflandmlabilir: 1. Do&rudan dogruya tartma veya Ol<;me 2. Hidrodinamik metodlar a. Orifizmetre b. Venturimetre c. Pitot tiipii
d. Savak 3. Do&rudan do8ruya yer dei\:i!1tirme metodlan a. Diskmetre b. Aktmmetre 4. Di8er metodlar a. Seyreltme metodlan
Birinci simh te§kil eden metodlar, tartmak ve hacim iiiQmekten ibaret olup, konumuza girmezler. Bir gazt tartmak kolay degildir, fakat SIVI igerisine daldinlrni§ dereceli fanusa gaz gondererek, bu gazm hacmini ii!Qmek miimkiindiir. C:ok basit alan bu konunun aQiklanmasi gerekmez. 2-22. Orifizmetre. Aki§kamn akimim iilQmek i9in kullamlan orifizmetre, i~erisinden aki§kamn ge<;tigi cielikli ince bir levha olarak dii§iiniilebilir. Bir kabm kenarma veya tabanma konulabilir. Biz aQiklamalanmtzda delikli ince levhamn, bir boru sistemi i<;erisine yerle§tirilmi§ oldugunu kabul edecegiz.
< 2.100
ic;:in
Sekil 2-13'de aki§kamn alamm1 ol9mekte kullamlan boyle bir tertip goriilmektedir. Orifizin kenarlan keskin oldugu zaman, orifizi geQi§te beklenen h1z kaybt hemcn meydana gelmez. A ve B noktalan seQilir ve bu iki nokta arasma Bernoulli e§itligi nygulanacak olursa. a§agidaki bagmt1 elde olunur:
>
ic;:in
(2-14)
~
Dup
aki§kamn ortalama temperatiiriinde (aritmetik) ab§kanm viskozitesi; !1w, boru yiizeyinin ortalama temperatiiriinde (aritmetik) ab§kamn viskozitesidir. Sekil 2-10'nun absisinde yer alan Reynolds say1s1 (Dup/f.t,) dir.
fJ,,
2.100
kullambr. Yukanda tammlanmast
Orifizin konuldugu boru k1smt yatay ahmrsa, A ve B noktalarmm yiikseklikleri aym olur. Bu durumda e§itligin X terimleri birbirine e§it olur ve e§itlikten Ql· kanhrlar. Siirtiinme kaybmm onemsenmeyecek kadar az oldugu kabul olunur
61
60 .
ve F = 0 yazdabilir. Aki§kamn SIVI oldugunu kabul edelim, bu durumda PA Pn'ye e§it olur. Sistem tarafmdan veya sisteme yapdan herhangi bir i§ yoktur,
e§itlik ile orifizdeki lnz hesaplanabi!ir. Orifizde siirtiinme sebebi ile baz1 kay1p!ar meydana gelebilir ve sabit; bu kayiplan da kapsar. Bu durumda (2-27) numarah e§itligi a§ag1daki §ekilde yazmak miimkiin olur:
(2-28) yukandaki e§itlikte "•, orifizdeki h1zdn·.
A ve B noktalanna §ekilde giisterildigi gibi bir manometre baglanacak olursa, B noktasmdaki basmcm A noktasmdaki basm~tan daha az oldugu giiriiliir ve bu basmc; farki, manometreden dogrudan dogruya okunabilir. Orifiz alamnm boru alanma oram bilindigi i~in, "• ile "A arasmdaki oran biliniyor demektir. Bu sebepten (2-28) numarah e§itlik, h1zlarm herhangi birini vermek iizere c;iiziilepilir. uA ·ve boru kesit alam bilinmekte ise, borudan gec;en s1vmm debisi (hacim/saat) dogrudan dogruya hesaplanabilir. Co sabiti orifiz c;ap1mn boru c;apina oramna, orifiz yuvalarmm durumuna ve borudan akan aki§kamn Reynolds sayisma tabidir.
$ekil 2-13. Orifizmetre.
bu sebeple w = 0. Bu hususlan giiz iiniine alarak (2-14) numarah e§itligi a§agidaki §ekilde yazabiliriz: BORU <;IKI~LARI
(2-26) PA-Ps= ilP ve ilP/p §ekilde yazdabilir:
= llH
oldugu
i~in,
(2-26) numarah e§itlik a§agidaki
.r:.-------- _,---v un' -[uA• = v 2g, t.H
(2-27)
Sekil2-13'e gore orifiz levhasmm sagma dii§en boru k1srni, ~Ikarilacak olursa, s1v1 orifizden bir jet §eklinde h§lanr ve bu jetin minimum ~ap1, orifiz c;apmdan daha azdn. Minimum kesitin meydana geldigi bu noktaya vena kontrakta ad1 verilir. Orifiz levhasmm her iki yiiniindeki boru lasimlan SIVl ile ta" mamen dolu bulunsalar dahi, vena kontrakta yine de vard1r ve etrahm girdaplar yapan sivi ku§atmi§lir. B noktas1 vena kontrakta iizerinde ahmr. Pratikte vena kontrakta noktasmda ak1mm c;ap1 bilinmedigi halde, orifiz ~ap1 bilinir. Orifizdeki ak1m luZI ile vena kontraktadaki alam lu'?I arasmda mevcut fark1 diizeltecek bir sabit (2-27) numarah e§itlige konulacak olursa, (2-27) numarah
iLE0.6D
1t iLE 2 D
if.;T ~IKI;;
VENA
KONTRAKTA <;IKI!;LARI
$ekil 2-14. Orifiz
ba~lanma ~ekilleri.
63
62 Sekil 2-14'de orifiz baglam~ma ait muhtelif metodlar gosterilmektedir. Boru Qiki~h diye adlandmlan §ekil pratikte pek az kullamhr. Pratikte 9ok kullani!an ve aym zamanda basil olan §ekil, orifiz levhasm1 ta§Iyan flanjlara Qiki§" Jar aQmak suretiyle meydana getirilir. Sekil 2"14'de gosterilen vena kontrakta Qiki§lar da az kullamhr. Sekil 2-15'de, (flanj ve vena kontrakta Qih§lar iQin) Reynolds say1s1 ve orifiz c;apinm, boru c;apma oranm1 esas alarak haZirlaDan bir diyagram gosterilmektedir. Bu diyagram C0 katsay1smm muhtelif degerle-
,
rini verir. 1. 0
I'. 0.9
~
17
I//
o.a
Co
8
0.7
o.s 0.5
tlt
10
~
'<
"'~ "
Tf
~~~~
l
1=0.80
~
r~~~
~\
~~~r=O.~
)<
-<
ruTu.~J
et=~.==~,,,, ~ "'::;
...: "' N
20
zlU
15
fDo/D;Q..
K~
Re ,
103
,_
z 'iii 10 z
A
0: u-
5
::>
0
""' cr 0 ro
7
I
ORiFiZDE
Re'nin (orifiz gap1nm esas alan) 30.000 ve iizerindeki degerleri iQin, katsayr 0,61 olarak almabilir. Bu katsaymm kullamlabilmesi iQin orifiz levhasmm, baglandigi boiU k1smma tam dikey olmas1 gerekir 1• Orifizde normal abm dagilimi saglamak iQin, orifiz oiwesinde muntazam gaph ve yeterli uzunlukta diiz boru mevcut olmahdir. Orifiz yakmlarmda deve boynu veya fitingler mevcut ise, orifizin bulundugu duruma gore kalibre edilmesi gerekir. Sekil 2-16'da orifizin dirseklerden liizumlu uzakhg1 §ematik olarak gosterilmektedir. Fiting veya k1smen kapah valflarm orifiz oncesinde yer almas1 halinde, normal h1z dagihmim temin etmek igin daha uzun diiz boru bsnuna ihtiyaQ hllsi! olur. • Orifiz yaptmt ve bali:lanmast hususunda daha fazla bilgi iyin «Fluid Meters», 4 th. ed., American Society of Merhanical Engineers, New York (1937)'a bakmlZ. • Sprenkel, Trans. ASME, 67. : 345 - 357 (1945)
''I
-1
0
8 0,1
0
ORiFiZ
jii,IJ19l.,.
1cf
''
:::>
·c;
$ekil 2-15. Orifiz katsaytlan. Flanj ve vena kontrakta tipleri iyin.
1
J.-----A---~i<--8~
FLANAARI
L~
' ~- '\
Orifiz, 90k basil bir cihazd1r ve kolayhkla yerine baglanabilir. Orifizin esas sakmcasi, orifiz sonrasmda le§ekkiil eden girdaplar sebebi ile, biiyiik miktarda
Sekil
2~ 16.
0.2 <;APININ
05
0,4
0.3 BOP.~
t;APfNA
0.6
0.7
Q_f:,
Ci-!A~;J
Tavsiye olunan fiting ve orifiz aras1 uzakhklar.
kuvvet sarfolunmasidir. Orifiz, devamh bir basmQ kaybma sebep olur. Bu kayip, oriftz Qapmm boru 9apma oranmm artmas1 ile azahr. Bu bagmt1 §ekil 2-17 de giisterilmektedir. 100
-
;
r-I
60
40
0.20
Q.)J
ORiFiZ
0.40 CAPININ
r-i- :-0.50
0.60
BORU <;:APINA
Sekil 2- 17. Orifizde yilk kaybr.
r-- r-0.70 ORANI
t-0.80
65
64 2-23. Venlurimetre. Orifizin esas sakmcas1, akim kesitinin birdenbire azalmas1 sebebi ile kuvvet kaybmm meydana gelmesidir. Bunun sonucu olarak, orifiz sonras1 boru kiSinmda, girdaplar do~ar. H1z degi§imi, yava§ yava§ yapilacak olursa herhangi bir §Ok meydana gelmez. Bu husus, orifiz i~in de dogrudur ve bu suretle enerji kayb1 azaltilrru§ olur. Sekil 2-18'de gosterildigi gibi, venturimetre, bir- boru i<;erisine· yerle§tirilmi§ iki konik kiSimdan meydana gelmi§tir. Konikle§me muntazam ve yava§ yava§ meydana geldigi iQin onemli bir basm<; kayb1 olmaz.
~ekil
2 - 18. Venturimetre.
(2-29) Yukandaki e§itlikte us, venturimetre bogazmdaki luzdir. Venturimetre i<;in C. katsaymnm degeri 0,98 dir ve yiik, 1/8 ila 1/10 AH ciranmda devamh olarak kay1p olur. Orifizmetre ve venturimetrede, dar kismm <;api boru <;apmm l/5'i kadar veya daha azsa; uA2 , us" ye oranla <;ok kii<;iiktiir ve uA' ihmal edilebilir: Bu takdirde e§itlik, a§agidaki §ekli ahr:
u.
= =
C0 l/2g, ll.H C. l/2g, ll.H
Venturimetre ile orifizrnetrenin kar§Ila§tmlmasmda hem kurulma masraf, !ar1 ve hem de <;ah§tmlma masraflan goz oniine almmahd1r. Orifiz ucuz olup, kuruhnas1 kolayd1r. Venturimetre olduk<;a pahahd1r, dikkatle hesaplarup yapiimalidir. Elimizdeki imkilnlarla bir orifiz yapabildigirniz ve bu, hemen hemen i§imizi gordiigii halde; venturimetre daima bir satiCismdan ahmr. Diger taraftan orifizde yiik kayb1, aym §artlardaki venturimetreye oranla gok biiyiiktiir. Kuvvet kayb1 da aym oranda biiyiik olur. Devamh aki§kan la§Iyan boru hattma bir orifiz yerle§tirilecek olursa, kuvvet kaybmm s®ep .oldug:u masraf, her hal igin ilk tesis masrahrun ucuz olu§unu kar§Ilamaz. Bu sebepten, kuvvet kaybmm onemli bir faktOr olmadigi yerlerde (ornegin buhar borulan) ve deneme gali§malannda orifiz tercihan kullamhr. Kuvvet kayb1 konusunun varhgma rag:men, <;ok degi§ik yerlerde kullanilabihnesi ve degi§ik delik biiyiikliigiine sahip yeni orifiz levhalarmm borulara kolayhkla baglanabihnesi gibi sebeplerden do, layi, orifiz bu giin dahi bir <;ok yerlerde kullamlmaktadir. Diger taraftan venturirnetreler orifizde oldugu gibi her duruma uydurrilamazlar, bir yere baglamr ve devamh olarak orada kahrlar. Verilen bir boru gap1 ve verilen bir orifiz a<;1khg1 veya venturi bogaz1 i<;in, verilen bir akim luzmda venturimetrede okunan degerle orifizde okunan deger arasmda (0,61/0,98)0 1 : 2,58 gibi bir bagmti vardu.
=
A noktas1, boru i<;erisinde ve B noktas1 da venturimetrenin daralmi§ kisrrunda ve}a bogazmda almacak olursa, orifiz i<;in yaptlgnmz gibi, (2-27) numara!I e§itlik siirtiinmesiz bir venturimetreye uygulanabilir. Venturimetrede pratik olarak hemen hemen hi<; bir girdap te§ekkiil etmez. Bu sebepten venturimetre teorik e§itliklere orifizden daha fazla uyar. (2-27) numarah e§itligi venturirnetre i<;in a§agidaki §ekilde yazabiliriz :
uo
Bu sonucu elde etmek i<;in yeterli kii<;iikliikte bir orifiz veya venturimelre koymak gerekmez; o!Qii cihazlarmi geni§ bir boruya baglayarak da aym sonuca vanlabilir. Geni~ boru kismi yeterli uzurilukta almarak girdaplarm te§ekkiilii iirilenir ve bu suxetle kararh bir akim temin olunur.
(2-30) (2-31)
Orifiz ve venturimetre igin bir e§itlik tiiretebihnemiz, sivllarm konu almmasi halinde kolayla§Ir. Aki§kan bir gaz oldugu takdirde, problemin goziimii i<;in Bernoulli e§itligi uygulanabilir. Boyle bir hal igin Bernoulli e§itliginin uygulanmasi, (2-13) numarah e§itlikteki i§ teriminin entegrasyominu gerektirir. Bn i§lemin biitiin noktalan ile agildarunasi, kitabimiZin konusu dt§mdadu. Bunurila beraber bu tiiretmenin sonucu, basit olarak, §U §ekilde a<;Iklanabilir. .AH degeri, orifiz veya venturirnetre oncesi basmg yiikiiniin %20'sinden az oldugu zaman (2-28)'den (2-31)'e kadar alan e§itlikler. yalmz §U §artlarla gazlarm aki· rruna uygulanabilirler. Yiikler arasmdaki fark AH, o!Qii cihaz1 sonras1 gaz yogurilugu ile belirli kilmir. Bu durumda yapilacak yanh§hk %10'u gegmez. Basmg dii§ii§ii, ol<;ii cihaZI sonraSI basmg yiikiiniin %20'sinden fazla oldugu zaman daha kompleks e§itliklerin kullaruhnast gere!,ir. 1 !J.H degeri <;ok biiyiik olursa, ol<;ii cihazi bu i§ i<;in uygun §ekilde haZirlanmarru§ demektir ve bn sebepten, kuvvet kayb1 yiiksek olur.
' • Perry, sahife 402 ff. l. Catal"" -
Kimya Miihendisligine Gir~
F .5
67
66 2·24. l'itot tiipii. Akt§kan trupyan bir boruya §ekil 2-19'da gosterilen bicimde bir boru baglanmt§ olsun. Eger bu borunun bir ucu ah§kan . aktmma dikey olacak surette yerle§tirilmi§ ise, bu durumda sadece basmQ yiikii o!Qiilebilir. Boru ucu, akt§kan ahmma kar§t ise, cihaz basmQ ve luz yiikIe"inin toplammt o!Qer. Bu sebepten manometrede okunan R degeri htz yiikiiniin o!Qiimiidiir.
-
Kusursuz oir pitot tiipii (2-32) numarah e§itlige mutlak surette uymahdtr. Fakat kullanilan oiitiin pitot tiipleri,nin kalibrasyonlarmm yaptlmast ve bir diizeltllle sabitinin uygulamuast gerekir. Pitot tiipiiniin sakmcah taraflan §tmlarchr. Birincisi, ortalama aktm luztru dogrudan dogruya vermez; ikincisi ise, gazlar iQin okunan deger son derecede ufakttr. Pitot tiipii dii§iik basm~taki gazlar i9in·kullamldtgt zaman, §ekil 2-2o veya §ekil 2-3'de gi:isterilenlere benzer oir cins biiyiiltme o!Qegi l-ullamlmahdtr.
u2
(2-32) • 2g, R Yukandaki e§itlikde l1H., Rile orantllt olan akt§__l kanm yiikiidiir. Orifiz ve venturimetreler ahmm tiimiine ait ortalarma htzlan olctiikleri halde pitot tiipii,. sadece bir noktadaki htzt olcer. KISlm 2-7'de aclldandtgt gibi akt§kan htzt, boru kesitinin fark~ekil 2-19. Pilot tilpilniln h noktalarmda birbirinden farkhdtr. Bunun bir prensibi. sonucu olarak boru kesitinin tiimiinii kapsayan ortalama luz o!Qiilmek istenirse, §U iki yoldan biri takip edilir. Pitot tiipii, ana borunun tam merkezine yerle§tirilir ve bu suretle Olciilen maksimum htzdan §ekil 2-6 yardtmt ile ortalama htz hesaplamr. Bu metod uygulanacak olursa, normal luz dagthmtm o!Qebilmek iQin, pitot tiipii ahm diizenini bozan herhangi bir ktstmdan en az 100 ooru Qapt uzaga konuhnahdtr. Diger. yo! ise pitot tiipiiniin ayarlanabilecek §ekilde yapilmastdu. Bu suretle, boru kesitinin muhtelif noktalarmdaki luzlan o!Qmek miimkiin olur, bu htz degerlerinin grafik entegrasyoiiu ile ortalama luz bulunur. Bu ikinci metod; daha ziyade geni§. kanallar iQerisindeki dii§iik basmch gazlara uygulantr. · Sekil 2-19'da gosterilen oasit pitot tiipjj, pratik flegildir. Pitot tiipiiniin oizzat kendisi pek Qok Qalkalanmalara sebep olur v,e .te§ekkiil ed.rn girdaplar, htz o!Qiimiinii zorla§tlnr. Dii§iik basmQta bulunan gaz akimlarmm o!Qiimiinde kullamlan ve yaygm alan bir tip pitot tiipii (vantilasyon kanallanrida ve. vantilator · testlerinde kullamlan), §ekil 2-20'de gosterilmektedir. Statill: deli)< Q,aplarmm 0,5 mm iis.tiinde olmamast gereklidir. Pitoi tiipiiniin uQ kenarlan' )
II
2·25. Rotametreler. Orifiz ve venturimetreler akmun belirli bir noktasmda diferansiyel basmQ d.egi§irninin ol9iimiinii esas ahrlar. Aktm hlZI basm~la degi§tigi i~in, ou okii cihazlarma "degi§ebilen yiikmetreler" ach da verilir. Rotametrelerde aktm kesiti degi§ir ve biiylelikle sabit diferansiyel yiik dogar. Bu sebepten, rotametrelere "degi§ebilen alanmetreler" adt da verilir. ~ekil
2-2l'de giiriilen rotametre, esas itiban ile dar ktsmt a§agtda geni§ ktsmt yukanda, de" receli konik bir cam borudur (A). Boru iQerisinde. oorunun en dar ktsmmdan daha ufak Qapta bulunan bir §amandua (B) bulunur. Aktm degi§tigi zaman §amandtra, a§agt yukan hareket ederek, §amandtra ile boru arasmdaki oelirli oir alam aktmm ge9i§ine otraku. Biiylece ou klSlmdaki yiik kayb1 §amanchramn ag~thg:ma :e§it olur. Genellikle born camdan yapthr ve cam yiizii a§mdmlarak derecelendirilir. Boylece §amanchra Da§tmn iist kenar1 esas ahnarak ahm denisi ii!Qiiliir. Rotametrelerin Diiyiik avantajt, aktm debisinin dogrudan dogruya goriilebilmesidir. Rotametrede okunan degerleri kaydeden veya kontrol eden muhtelif cihazlar mevcuttur.
8 --1-+-lli
~kil 2-21. Rot.'Uiletre : A, deRotametrelerin avantajlanm §Oylece Slral'" receli tam boru; B, ~amandtra. (Fischer- Porter) yaoiliriz; dogrndan dogruya okuma, geni§ kulla· mlabilme alant, lineer derecelenme, sabit ve az yiik kaybt. Rotametreler, kendilerinden once ve sonra diiz bornya ihtiyaQ g&termezler.
2-26. Ssvaltlar. Savaldar, borular ic;inde degil, iistii aQtk kanallarda akan stvt!ara nygulanaoilirler. Savak, stvt alom yolnna konulmu§ bir aytrma veya engel levhastdtr ve stvt bunu a§arak akar. Savak a91khgt iizeri.ndeki stvt seviye$ekil 2-20. Pilot tlipil.
68 69 sinin giizlenmesi ile, aklmm miktan tilyin edilir. Bu giizlem, etkilerden miimkiin oldugu kadar uzak bir noktada yapilmahdir. Dikdiirtgen, V - §ekilli ve egri ke- . narh savak aQikhklan mevcuttur. Dikdiirtgen §eklinde bir aq1khga sahip savakta aklm, Francis formiilii ile hesaplamr.
~
=='
1,84 (L- 0,2 H) H3f'
(2-33)
D milinde bir donmeye sebep olm. E valh, cok ince bir uca sahiptir ve c1va alammda ayarlama yapmak iqin kullamhr. F, temizleme kapagidir. A odas1, G ta§IYICI rafma oturtulmu§ ve H baglama CIVatasi ile emniyete ahnmi§tir. Bu suretle manometre, bir iinite halinde cikanlabilir v( diger biri ile degi§tirilebilir. Samanchramn hareketini bir giistergeye veya kaydedici bir mekanizmaya
Ynkandaki e§itlikte: V 0 L ·H
hacmi, m3 = geQen zaman, saniye = savagm geni§ligi, m = savagm alt kenarmdan itibaren SIVI yiiksekligi, m =
s1v1
V- §ekilli savaklarda aklm .ll§agidaki e§itlikle hesaplamr:
~
=
0,1335 (tang
~
r
996
HM7
(2-34)
Ynkandaki e§itlikte a, V §ekilli yangm aQISI ve H, bn yangm dibinden iilqiilen SIVI yiiksekligidir. Kenarlan egri olan bir savak geli§tirilebilir ve biiylece alam savak iizerindeki SIVI yiikii ile dogrn orantih olnr. 2-27. Alommetreler. Orifiz ve ventnrimetreler, su veya c1va siitununun yiiksekligi ile iilgiilebilen bir basmc farki giisterirler. Rotametre, §amandiramn giizle giiriilebilen hareketi §eklinde bir iilcme giisterir. Bunlarm hepsi, proses ve operasyonlarm el ile kontroliinde ve deneysel cah§malarda tamamiyle iyi sonuclar verirler. Fakat devamh proses ve operasyonlarda iilcmelerin kaydedilmesi ve aym zamanda diyagramlarm entegrasyonuna imkan verilmesi istenilir. Bu diyagramlar, birinci derecede ak1mm debisini giisterir; fakat istenilen genellikle, debinin total miktandu. Bu sebeple problem, U borusu iqerisindeki su veya SIVI siitunu degerinin bir grafik ki\gidi iizerine kaydolunacak duruma dii, nii§tiiriilmesi §eklini ahr.
Bu gibi iilqme ve kaydetme cihazlanmn projelendirilmeleri ve yap1mlan, kitabnmzm konusu iqerisine giremiyecek kadar· ileri bir konudur. Problem, oldukqa nfak basmc farklarm1 one~ bir mekanik hareket haline diinii 0tiirmek ve fazla siirtiinmeye sahip olmiyan bir kalem yard1m1 ile, bir grafik kagHh iizerine kaydetmek §eklindedir. Baz1 hallerde 0ekil 2-22'de giisterilene benzer manometreler kullamhr. A ve B odalan, baglantl borulan ile birlikte, c1va tarafmdan hsmen doldurulmu§ olup, manometreyi meydana getirirler. Venturi veya orifiz borusunda meydana gelen basmq degi§irnleri, B odasmdaki CIVa seviyesill'in yiikselmesine veya dii§mesine sebep olur, brma bagh olarak C §amanduasi hareket eder. Bu hareket,
E $ekil 2-22. Alommetre igin manometre: A, yiiksek basmg odast; B, dii~iik basmg odast; C, ~a mandtra; D. gOstergeyi veya kaydedici mekanizmayt hareket ettiren mil; E, valf ba&lanttst; F, bO$altma kanah; G, ta~tytct raf; H, ctva odasmt de£i$tirmek i9in baE:lanti. (Minneapolis - Honeywell). ,
iletmek kolay bir i§ degildir. Giinkii, burada fazla bir kuvvet yoktur. Basm.;: farkm1 cihaza ta§Iyan s1v1mn sJzdmnazhgi da aynca bir problemdir. Bu sebeple, baz1 imalll.tci!ar, mekanik sizdirmazhgi dikkatle plil.nlanmi§, diiner bir mil kullamrlar ve bu, minimum bir siirtiinme ile 9ah~1r (~ekil 2-22'de oldugu gibi). Digerleri ise elektriksel metodlan uygularlar (§ekil 2-23'de giisterildigi gibi). A ~amandirasi (basmc farklan ile yiikselen ve alcalan) B giisterge qubuguna ve bu cubugun sonu da, yumu§ak demirden C giibegine baglanmi~l!r. Bu
70 gobegin etrafmcla, kay1cl cihazmclakinin bir benzeri alan, bir encliiksiyon bobi· ni D yer almaktaclir. Samancluamn a§agi yukan hareketi ile C gobegi, elektriksel alan i~erisincle a§agi yukan hareket ecler ve bu suretle, clevrenin elektriksel kara~teristiklerincle bir clegi§meye. sebep olnr. Bu hareketler, kaycleclici tarafmclan iki katina 91kanhr ve kaycleclicinin yumn§ak clemirden yapdmi§ gobegi aym §ekilde a§agi ve yukan hareket eder. Bu metodun birkaQ iistiinliigii vard1r: O!~me cihazmm di§ma iletilen mekanik bir hareket olmadigi i~in ne siirtiinme, ne de manometre sivlsimn dt§an s1zmast ihtimali vard1r. Bu metodda sadece elektrik baglannnt vardtr ve bu da, hareketsizdir. Bundan ba§ka, aknnm karakteristiklerini uygun bir §ekilde diizenleyerek, kaycledicide istenilen biiyiikliikte bir gii~ meydana getirmek miimkiindiir. Bu elektriksel metod, rotametreye uygulanabilir. Rotametre §amandirasmm ba§ma bir gubuk baglamr ve bu, rotametrenin di§mda bulunan bir odaciga kadar uzamr. Bu odacikta §ekil 2·23'dekine benzer bir solenoid bobini bulumnaktadir. Bu suretle rotametreden gegen akimm devamh bir §ekilde kaydedilmesi miimkiin olmaktad1r. Bununla beraber, daha birkag problem rnevcuttur. Ornegin, orifiz ve venturi cihazlarmda akim, basmg dii§ii§iiniin kare kokii ile $ckil 2-23. Elcktrik ilctimi esaSI ilzerinc kurulmu~ vc ,o;amandtrasma
orantihdir. Bu sebeple, kayid i§lemi basmg degi§imlerinin kare kOkii §eklindedir. Bu 90~ kampana ~ekli vcrilmit; bir aktm~ zi.imlenmesi veya giderilmesi miimkiin almametre: A, kampana ;ekilli jaman- .• yan bir engel degildir, giinkii bu i§ igin yapi!dua; B. gOstcrge ~ub~~u C, yumuInl§ Ozel entegratOrler mevcuttur ve diyag~ak demirden gObek; D, end"k · u SJ- ramlar, dogrudan dogruya basm9 degi~imleyon bobini; E, F, basnw giri:;;leri; G, rehber borusu: fl, ozel ~ekil verini gosterirler. Fakat bunlar, basit entegrasrilmi~ kampana (Minneapolis _ fl;,.. yon cihazlan degildir. Entegre edilmi§ bir neywel/) • diyagram, dogrudan dogruya basm9 farkm1 gostermekte ve entegralin kare kokiinii almakta isc, ortalamamn kare kiikii, kare koklerin ortalamasi olmadigi igin, yapb Ian i§ dogru degildir.
71 Muntazam ve derece derece bir degi§meyi gosteren bir diyagram istenildigi hallerde (diferansiyel basmcm kare kokiinii alan cihaz), kampana §ekli verilmi§ §amand1ra, c1va igerisinde hareket ederek dogrudan dogruya yiikii degil, bu yiikiin kare kiikiinii gosterir. Bu §ekildeki bir cihaz, §ekil 2-23'te gosterilmel:tedir. Yiiksek b&smG baglammi E, cihazm silindirik gi,ivdesi ile dogrudan dogruya bagh oldugu halde, dii§iik basmg baglamm1 F, G borusu yolu ile kampanamn iG kismma baglanmi§\Ir. BasmQ farklarmm okiilmesinde, ah§IIIDI§ u borusunun veya bumm benzeri diger bir cihazm kullamlmasi yerine, kampananm iQ ve ch§ k1smmda bulunan c1vada basmQ farklan meydana getirilir. Kampanamn Ii ' kismma oyle bir §ekil verilmi§tir ki, kampana hareketi esnasmda ig ve di§ kisimlardaki alanlar degi§ir ve §amandira basmQ farkmm kare kokii ile orant1h olacak §ekilde yukselir veya algahr.
2-28. Otomatik kontrol. Su ana kadar agik!amalan yapi!an biitiin olgil cihazlan, kontrol mekanizmasim harekete geQirmekte kullamlabilir. Diger bir deyimle, bir boru sisteminin belirli bir aktm luzma sahip olmas1 istenilirse, bu sistem iQerisine bir orifiz yerle§tirilir ve basmg dii§ii§ii (orifizden geQi§te) ii!Qiiliir. Akim1 k!Slp agan ve bu suretle basmg dii§ii§iinii sabit tutan diger bir cihaz, bu sisteme baglamr. O!gii ve kontrol cihazlanm yapan biiyiik fabrikalarm buna benzer cihazlan olup, bunlarm gah§ma sistemleri az veya gok birbirlerinden farkhysa da, prensip bakimmdan birbirlerine benzerler. Akl§kan ak1mmm degeri, arzulananm di§ma 91kacak olursa, yeni bir diferansiyel basmQ meydana getirilir ve bu basm9, cihazdan kontrol valfma geQen havanm basmCim degi§· tirecek mekanizmay1 harekete getirir. Bu suretle, akimm azahp gogalmas1 halinde kontrol valh aQihr veya kapamr. Bu tip yap1tlarda kullamlan valflar, §8· kil 3-16'da gosterilmektedir. Bu §ekilde gah§an cihazlar, basmQh hava iireten bir cihaza ihtiyaQ gosterirler ve bu cihazm basmc1, o!Qii cihazmdan geQen aki§kamn diferansiyel basmcma til.bi olarak degi§ir. 2-29. Dogrudan dogmya yer degi~tirme metodlan. Bu cihazlarda esas prensip hareket edebilen bir parganm yerini SIVI akimirim almas1 §eklindedir. Bunlar SIVI akimlarmm o!Qiilmesinde kullanihrlar. Bu cihazlan akimmetreler ve diskmetreler diye bir simflandirmaya tilbi tutmak miimkiindiir. . Sekil 2-24'de tipik bir diskmetre gosterilmektedir. Kaydediciyi harekete getiren parQa, sert li\stikten yapilmi§ bir disktir A. Bu disk, taban ve tavam konik yapilmi§ bir olgme,odacigma B baglanmi§tlr. Bu baglanma,' disk tavan konigine daima bir noktada teget olacak ve taban konigiriden 180° uzak bulunacak §ekilde yapi!mi§\Ir. Olgme odaCigi, yansma kadar ilerleyen bir bO!meye C ve disk, bu bolmeyi kar§I]ayan bir yanga sahiptir. Olgme odacigi, SIVI bolmenin bir yamndan girecek, gevresini dolanacak ve diger yansmdan Qlkacak §C·
73
72
kilde, iilgme cihazmm i9ine yerle~tirilmi~tir. Stvt, ister diskin altmdan ister tisttinden girsin, ge9ebilmek i9in diski diindtirmek mecburiyetindedir. Diskin bu hareketi, tepesi diskin merkezincie ve ekseni dti§ey olan bir konik ytizey etrafmda diinmeye sebep olur. Disk ekseninin bu hareketi bir seri di§liler D yardtmt ile, cihazm tisttinde yer alan sayaca E iletilir. Bir cins aktmmetre (ttirbinli) §ekil 2-25'de giisterilmektedir. Turbin 9arkt ve di§li serisi, minimum bir stirttimue ile hareket edecek §ekilde dikkatle yerlc~tirilmi§lerdir. Cihaza giren su ak1m1, Qarkm Qevresinde bulunan kovactb lara 9arpar ve iilgti cihazmdan geGen suyun lnzt ile orantt!t bir lnzla 9arkt
Sekil 2-24 a. Diskmetre, dli~ey kcsit.
-Sekil 2-25. Tiirbinli akimmetre. Sekil 2-24 b. Diskmetre, yatay kesit: A, disk; B, Ol~me odacigi; C, odactk di~li serisi; E, saat levhast.
bOlmesi; D,
74
75
diindiiriir. Sadt•ce doneil kisunlan birbirinden farkl4
~ok
say1da tiirbinli aknn-
mt•treler, piyasada mevcuttur. Bnnlann hepsinin yap1l1§ prensipleri aymd1r, diger bir deyimlc, dOnen k1simlarm siirtiinmesi, minimum ve dOnme lnzlan Slnmn ak1m h1z1 ile orantll1 olmahdu. '
Genellikle disk ,.e tiirbinJi. akimmetreler, 50 mm'den a~ag1 Qaplaki borulara uyacak biiyiikliiktedirler. Daha biiyiiklerini de bulmak miimkiindiir, fakat fazla yer tutarlar ,.e pahahd•rlar. Diskmetrelerin, ufak akim luzlap iQin, tiirbinli aknnmetrelerden daha hassas olduklari dii§iiniiliirse de, her iki tipin de 'if.2'den fazla hassasiyet gosterdikleri §iiphelidir. Disk ,.e tiirbinli aknnmetreler, qogunlukta ufak qaph borulardaki su ahm•m ii!Qmekte kullamhrlar. Hemen hemen her memlekette §ehir suyu §ebekelerinde yer ahrlar. Bunlann cliger akimmetrelerden iistiin taraflan, dogruclan dogruya ge<;'en akmun total degedni gOstermeleri ve bu suretle bir entegrasyon cihazma ihtiya~ giistermemeleridir.
R = manometrede okunan deger Re
=
reynolds saylSl, boyutsuz
S =alan, m:2 u = htz, mjsaniyc V = Ozgiil hacim, · m3 /kgr w = sisteme katilan i~, (kgrwkuvvet) (m)/kgrwkiitle
= aktmm kiitlesel debisi = bru;;langt\= noktasmdan
W X
(do8;rusundan) uzakhk, m
.4/tllk/ar .:4, B
=A
ve B komponentleri veya A ve B noktalan
c :::::: birdenbire daralma e
= birdenbire
f
= siirtiinmcden ileri gelen
o
= orifiz
gen~leme
v =venturi
2-30. Seyreltme metodlan. illekanik bir cihazm kullamlmasi miimkiin veya uygun olmadigi hallerde, aki§kan akimma ikinci bir aki§kan belirli bir debide kati!abilir ve katma noktasmdan yeterli uzakhkta bulunan bir noktadan alman ni.imunelerin analizi ile. ikinci aki§kamn konsantrasyonu tesbit olunur. Ornegin, aQik bir kanalcla akan suyun miktanm, bilinen konsantrasyonda yemek tuzu qiizeltisinden bilinen bir clebide katmak ve sonra katma noktasmdan olclukQa uzakta, klor iyonu konsantrasyonunu tespit etmek suretiyle, hesaplamak miimkiindiir. Bu metod, gazlara da uygulanabilir. Bu takdirde kolayhkla tespit cdilebilen karbon dioksit · veya amonyaktan biri kati!abilir.
P = pitot 1, 2 = 1 ve 2 durumlan veya numarah noktalar Yrman Har/leri
a. = a~1 veya say1sal bir sabit A = fark veya kaytp 0
= zaman,
saniye
= viskozite, kgr-klitle/(m) (saniye) p = yogunluk, kgr/m'
f.L
PROBLEM ..ER
ADLANDIRMA
2M1. Yatay bir depolama tankt, toprak seviyesinin altma ve olduk~a derine yerle!$ti~ rilmi$tir. Sekil 2- 26'da g6sterilen dtizen, depolama tank1 i~erisindeki SIVI seviyesinin Ol~iil-
A = yiizey
C = sabit veya katsayt D
= <;ap
F
=
1
Parmak regulatorO r===~~======~~ra~~~~P--Havo
I = silrtiinme faktOrii boyutsuz g
11, H It
=
ivme, m/(saniye)'Z
= 9,81 (kgr-klille) (m) / (kgr-kuvvet) (saniye)" = hidrostatik ylik, m = uz~khk, m
= sabit (dnralma L = uzunl!Jk, m
K
Bos!n<;
4
siirtiinme kaybt, m; kuvvet
Neteslik
~ l.Parm~~
r---''--1
kayb1 formliliinde)
Gozleme kab 1 ""
Ac;:lk uc;:lu manometre
50 mm Sekil 2M 26. Problem 2-1
iyin iUlve bilgiler.
77
76 mesi i1;in kullandmaktadir. Manometre sivismm yogunlugu 2,95 grjcm1 ve depolama tankmda bulunan stvmm yo£unlugu da 1,06 grfcm3 ise, manometrede okunan de&er 125 mm oldu&u takdirde depolama tankmdaki stvt ytiksekli~l:i ne kadard1r? Havanm ak1m h 1z1 kontrol edildi&i ic;in, boru sistemi ic;erisindeki basmv dii~ii~li ihmal edilebilir.
2--2. 1/4 parmakhk borunun,·manometrenin baglandi£:t noktadan l/2 parmakhk boruya kadar olan ktsmmm e~deger uzunlu&u 30,5 m; katalog numaras1 40 alan 1/2 parmakhk b?runun uzunlu&u 1,85 rn ve havanm akim htzt (15,5°C ve 1 atm.) 1 )t/dakika oldugu takdtrde problem 2-I'de yapm1~ oldu!hmuz SIVI seviyesi hesaplamasmi yenileyiniz. Depolama tankmm buhar bOiiimiinde basmc; 747 mm Hg (mutlak) de,&erindedir.
2-3. $ekil 2- 5'de B egrisi ile verilen htz da.&thmma ait bilgiden faydalanarak, Reynolds saytst 3,24 X 106 olan ve dtiz bir boruda tiirbiilfrnsh aktmh akan bii- akt$kanm ortalama htztmn maksimum htzma oramm hesaplaymtz. 24. Reynolds saylSl 3,24 X 106 olan ve Sekil 2-5'de B egrisi ile gOsterilen aki~kan. -35oc derecede bulunan ve i~ !rapt 10 em olan bir boruda akan sudur. Boru uzunlu8unun her metresinde meydana gelen basm~ dii$ii$linti hesaplaymtz.
2~5. Ortalama c;apt 102,5 mm olan eski ve pash, dOvme demir boru ile yaptlan bir deneme sonucunda R$a8tdaki deney somu;lan elde olunmu~tur. 1 Denemede kullamlan borunun uzunlugu 15,7 m dir. Kullamlan akt~kan su olup temperatiirli 20,3oc dtr. ~,-------~-~--Ortalama
Debi
Deney No. - - - - , _ , - - · -It/san. ---·-"496 1,80 490 24,29 485 57,78
a)
m
0,0022 3,7795 21,5768
Bu denemelerl·n her b'mne · t ek a b''l u eden stirtlinme faktOriinii hesaplaymtz.
yerle~tiriniz
I U.. Katalo~ nun:arast 40 olan ve 4 parmakhk bir boruda akan suyun, 22.680 ilft 9.070 h~r ~~at d~~asmd~kt debt de8:erleri Ol9tilmi.i~tiir. 127 i15. 2.540 mm ~0 smtr de8erlerine sa~
k
.lP dlr dt ~~anstyel basmc;metre elde mevcuttur. Suyun temperatiirii 7 ilfi 24°C dereceler arasm a e&l~mektedir.
(~) ' Li.izu'inlu orifiz <;apm 1 hesaplaymtz. (b.)
Mal
bu11 hesnplaym1z,
,·r1'n, T
Orifiz
e~itli8i,
q = K,A. \)2g, !Pt
genellikle,
a~aAtdaki ~ekilde
yazthr.
?,)
p
Bu
e~itlikte
:
q = volumetrik debi, m 3 /saniye A 2 = orifiz alam K 0 ·= aktm katsaylSl
(a)
(2-28) numarah e$itlikteki C(J katsaytst ile K(J katsaytst arasmda bir bagmu kuru-
nuz. (b) 6 parmakhk bir boruya (katalog numarast 40) ba81anan keskin kenarh ve c;apt 50 mm olan bir orifiz igin KfJ de&erini besaplaymtz. Akt~kanm debisi, orifiz c;aptm esas alan Reynolds saytst 30.000'nin lizerinde olacak !$ekildedir.
2.8. 20°C derecede bu1unan metanol, bliyiik bir depolama tankmdan 31,5 lt/sani· ye'lik bir volumetrik debi ile bir tankere pompalanmaktadtr. Depolama tankmdan tankere uzanan bdru hattt, katalog numarast 40 olan 4 parmakhk bir borudur ve 305 m uzunluktadxr. Boru hath lizerinde yer alan baglaytctlar (fitingler) ~unlardtr: sekiz adet 90° dere~ celik standart dirsek, dOrt adet T (yan. Qtkt$lar igin) ve dOrt adet siirgtilil vana. Depolama tankmdaki stvt seviyesi, bo~ahm boru seviyesinin 6,1 m altmdadtr. MetanoL pompalamak _ ic;in kullantlan santriftij pompanm meydana getirmesi gereken h.idrostatik yiikti hesaplaymtz.
2-9. Su, bir tst de&i$tiricide 15,6°C'dan 66°C'a ISlhlmaktadxr. 1st degi~tiricide bulunan dliz borulann toplam uzunlugu 19,5 m ve suyun borulara giri~ htzt 1,52 m/saniye 01~ dujiu takdirde, tst de&i~tiricinin dliz_ boruJan i!(erisindeki basmg dii$li~linii hesaplaymtz. Borularm ig c;apt 23 mm' dir.
Net ytik kayb1
h}. Elde olunan •Sonuc;lan $ekil 2-10'dakine benzer ~ekilde bir diyagrama ve f t~m bulunan de8:erleri yeni bir boruya ait de&erlerle kar~tla~tmmz.
2·7.
·1· on tzden ge9i5 dolaytst ile meydana gelen kuvvet ka"··
•
~pon the Flow of Water in Pipes and Pipe Fittings,» Engmeers, New York (1941), tablo 31, sahife 126.
79
Bolum 3 AKISKANLARIN TASINMASI Maddenin aki~kan halinde bir yerden ba~ka bir yere ta§mmasr (nakli), kat! hale oranla, ~ok daha elveri~li ve ekonomiktir. Bu sebepten miimkiin olan maddeler SIVI veya ~i:izelti halinde ta~nnrlar. Bir iinceki biiliimde aki~kan akimmm mekanigi .ve bornlarda kar§lla§IIan diren~ tipleri incelenmi§tir. Bu boliimde de aki§kanlarm bir noktadan ba§ka bir noktaya ta§mmas1m temin eden cihazlan giirecegiz. 3·1. Born. Ak~§kanlann ta§mmasmda ihtiyac!m!z olan ilk cihaz, aki§kamn i~erisinde akacagi bir kana! veya borndur. Hidrolik ve maden miihendisleri, genellikle iistleri a~Ik ~anallar kullamrlar; fakat kimya miihendisleri aki§kanlan farkh yap!h§lardaki bornlarla ta§!rlar.' Borulann muhtelif mazemeden yapi!masl miimkiinse de, fabrikalarda daha gok demir ve ~elik borular kullamhr. Bu sebepten aglklamalanmlzda daima demir veya gelik bornlann kullamldigi hali goz iiniine alacag1z. 3·2. Diikmc demir born. Bu bornlar, olduk~a az a§mdmc1 siv!lar igin kullamhrlar ve ~ogunlnkla toprak alt.I boruland1r. tleride giirecegimiz born tiplenne oranla daha ag1r ve pahahdir]ar. Aym zamanda baglantllan da pek tatmin eder cinsten degildir. A~mmaya kar§I olan direnci, iidi demir boruya oranla iinemli derecede biiyiiktiir. Doklne demir borular, genellikle 3 parmak (75 mm) veya daha biiyiik i~ ~al?a sahiptirler. <;ogu zaman diiz klSlmlarmm uzunlugu 3,70 m kadardir. Bu. borularm baglantilan, §ekil 3-l'de giisterilen tipte olup, ge{'me ztva:nah baglant. adm1 ahrlar. Bu konuda daha geni§ ve tamamlay!cl bilgi American Water Works Association'dan temin edilebilir. Bu baglantlyr yapa~il'?ek i~in, birbirine gegeh boru klSlmlan arasmdaki bo§lugun dip tarafr kendtr ltfleri de salmastralamr ve bu salmastramn iizerine erimi§ knr§nn diikiiliir. Kur§nn dondnktan sonra, kiir bir keski ile diigiilerek bo~lugu tarnamen doldnrmas~ ternJn edilir. Baz1 hallerde erimi§ kur§un dokmek yerine, "knr~un yiinii" ad1 venlen I;'f yap!Sln~." kur~un; kendir salmastra yerine de portland qimentosu, asbest hflen deg1~1k diger maddeler kullamhr.
iyi haz1rlamm~ bir ge9me zimna baglantlSI 7 kgr(cm''lik bir basmca kadar mnkavemet eder ve baglantmm yapih~l esnasmda her iki borunun tam diizgiinliikte bulnnmas1m gerektirmez. Bnnunla beraber daha yiiksek basm~lar i9in bu baglantiya gii,·enilemez ve bn gibi durumlar i9in kullamlan degi§ik yap1h baglantilar da kitab1m1zm konusuna girmez. Flan~h dokme demir bornlar yapi!makla beraber, dokme demir !lan§lann basmca kar§l direncinin az Sekil 3-l. DOkme demir boru iJ;in. gec;me olmasi sel;>ebi He pratikte pek kullaml- z•vana baglantl. maz.
3·3. Demir born. Borularm yapildigl malzeme cinsini belirten terimlerin kullamh§mda, miihendisligin farkh kollannda oldnkQa biiyiik farklar vardu. Makine projesi Qizen, makine in~a eden, demir ve 9elik knllanan her §alus, demir dedigi•zaman, dokme demir demek ister. Bnnnnla beraber, born piyasasmda dokme clemirden yap1lm1§ bornya dokme demir boru denir ve sadece demir boru denildigi zaman da dii§iik karbonlu Qelikten yapi!mi§ boru anla~Ihr. Diger taraftan yiiksek karbonlu Qelikten yapi!an borulara da gelik born denir ve bu terim giin geQtik~e yerle§mektedir. Boru endiistrisinin ilk devirlerincle hemen hemen biitiin borular, diivme demirden yapi!maktayd1. Bu giin de bir kls1m borular, bu §ekilde yap1hrlar. Bu bomlar dovme demir bo\'u diye adlandmlma-. Janna ragmen yine de dii§iik karbonlu gelik borulardu·. · Demir born, istenen geni§lik ve kalmhktaki sac par~alanmn silindirikle§tirilmesi sureti ile yap1hr. H parmaktan (40 mm) daha kiiQiik borular i~in bu sac parQa]an, haddeden ge~irilerek haz1rlamr ve kenarlar kar§l kar§1ya getirilerek tek bir operasyonla kaynak yap1hr. 1 t parmaktan (40 mm) biiyiik bornlar igin .sac parqalan, kenarlar birbiri iizerine gelecek §ekilde silindirikle§tirilir ve sonra kaynak yap1hr. Birinci metod, daha az istenen bir metoddur. Demir bornlarm standard nzunlugn yakla§Ik olarak 6 m kadard1r. Sac pargalan, spiral bir dnrum.r getirilip kenarlar perqinlenebilir. PerQinlenmi§ spiral borularda boru et kalmhgi, standard born]ardan daha inceclir ve devamh olmayan in§aat i§lerinde, ekzos ve ~lki§ ba§hklarmda, uzun ve desteksiz iist geQi§lerde, hafiflik ve ucuzlugn se~ilme faktiirii olacak diger yerlerde kullamhr. Son zamanlarda biiyiik qaph borularm 90gu elektrik kaynag1 ile yapiimaktad1r. 3·4. Standard bornlar. Demir ve Qelik borulan karakterize eden boyutlar, eskiden Briggs standardlan ach ile bilinmekte idi. Bngiin bunnn yerini American Standards Association tarafmdan kararla§tmlm!§ boyutlar a]ml§ olup,
80
81
bu boyutlar 4 numarah tabloda verilmi§tir. Hesaplamalarda pek s1k kullamlan bir klSlm bilgiler, .katalog numaras1 40 alan boru iQin, 5 numarah tabloda verilmi§tir. Katalog numaras1 40 alan borunun boyutlan, Briggs standardmm standard boru boyutlanm; 80 ise, fazla agu· boru standardlanm tutmaktadlr. Briggs standardmda 90k fazla agu· boru olarak adlandmlan boru, bugiin kullamlmamaktadn-. $u hnsusun bilhassa be.lirtilmesinde fayda vard1r. Nominal boru boyutlan sadece yakla§lk boyutlar olup, ne ig ve ne de d1§ Qapl belirtirler. Biiyiik borularda nominal boyut, hemen hemen hakiki i9 Qapa e~ittir. Boruyu imal eden kurulu§un iizelliklerine gore boru et kahnhg1, tabloda gi:isterilen de"gerin %12,5 kadar altma dii§ebilir. Borunun sahip oldugn di~ler iQin de bu husus mevcuttur. Boru di§leri, aym Qapa sahip makine di§lerinden dalm ince olup, daima sivri nQludur. Born standardlan tablosunda, belirli biiyiikliikteki bir borunun degi§ik ct kalmhgma sahip oldugu gi:iriiliir. Th§ Qap daima aym olup, deg;i§me i9 Qaptadlr. Bu suretle, aym paftay1 kullanarak degi§ik et kalmhgma sahip borulara eli§ aGabilmekte ve aym baglant1lar bunlara vidalanabilmektedir.
3-6. tnce boru. Baklr ve pirin<;>ten yapllml§ borular ile bir dereceye kadar demir, nikel ve diger metallerden yap1lm1§ olan Qok ufak <;>aph borular piyasada ince borular (tiip) adr ile sat!hrlar. Bunlar American Standard Association tarafmdan meydana getirilen kataloglarda nominal boyutlan verilerek tamamen belirli kllmml§lardn. Diger taraftan ince bornlar, hakiki d1§ <;>aplan ve born et kahnhklan belirli k1hnarak piyasaya siiriilmektedir. Belirli bir d1§ <;>apa sahip ince borularm et kahnhg1 degi§ik olan cinsleri vard1r, bu sebepten hem d1§ qapm ve hem de et kalmhgmm belirtilmesi gerekir. Baklr, pirin9 ve demir gibi malzemelerden istege gore boru yaprlabilir. Bak1r ve pirinq ince borularm et kahnhklan ekseriyetle Birmingham wire gage (BWG) olarak belirtilir. 6 numarah ildve tabloda muhtelif biiyiikliiklerdeki ince borulann boyutlan verilmi§tir.
3-7. Bom baglaYJcdan (fitingler ). Born baglaylC!lan, borularm yard1mcr parQalan olup, a§ag1daki maksatlarla kullamhrlar. I. 1ki born paq;asnu birbirine ba.S:lamak· 2. Boru yOniinli deiU!iltirmek 3. Boru J;ap1m de&i!?tirmek
3-5. Borulann mukavemeti. Et kahnhg1 az alan silindirlerin patlama mukavemeti, a§ag1daki e§itlikle verilmi§tir.
Pr= st
(3-1) .
Bu e§itlikte : P r
= patlatma basmc1, kgr/cm' = boru yanga p1, em
s = gerilme mnkavemeti, kgr/cm' t = born et kalmhg1, em Tehlikesiz Qah§ma !if mnkavemeti olarak, gerilme mukavemeti s almacak olursa; P tehlikesiz Qah§ma basmc1 olur. Gerilme mukavemetinin tehlikesiz Qah§ma direncine oram, Qnh§ma §artlan ve borunun fabrikasyon metoduna bagh olmak iizere, olduk9a degi§ir ve gok nadir hallerde 5'den azd1r. tlilve tablolar 4'de katalog numaras1 ad1 altmda verilen clegerler, yakla§lk dereceye olarak 1000 P js degeridir. The American Standards Association, 121 kadar olan temperatiirlerde miisaade edilebilen Qah§ma basmcm1, sac kenarlan iist iiste getirilip kaynaklanml§ borular iQin 630; kenarlar kaq1 kar§1ya getirilip kaynaklanml§ borular iQin 460 olarak tavsiye etmi§tir. Katalog numarasmdan ve yukanda verilen degerlerden faydalanarak yakla§lk da olsa tehlikesiz Qah§ma basmc1, Qok <;>abuk hesaplanabilir. Bu konunun daha geni§ bir §ekilde incelerimesi. iQin qok iyi sonu<;> veren metocllar vard1r.
oc
4. Borulara yan boru kollan ba8:lamak 5. Bir borunun sonunu kapamak
Birgok hallerde bu vazifelerin iki veya daha fazlas1 tek bir baglaylCI tarafmdan yapiiabilir. Boru baglay1c1larmm <;>ogunlugu, gri renkli di:ikme demirden yapdrriar ve bunlar kimya miihendisliginde, bu maksatla kullamlan malzemelerin %90- %95'· ini te§kil ederler. Vibrasyonun yiiksek ve di:ikme demirih Qatlama ihtimali olan yerlerde, yumu§ak di:ivme demirden yapllmi§ baglaylC!lar knllamlabilir. Yiiksek basm<;> veya sert Qah§ma gerektiren hailer iQin, di:ikme <;>elik baglay1c1lar bulunabilir. Basnw ve temperatiir degi§mesinin i:inemli oldugu noktalarda kullamlmak iizere, yumu§a"k demirden di:iviilerek yapllml§ baglayrc1lar kullamhr ve bunlar, di:ikme olanlara nisbetle olduk<;>a pahahd1r. Kaynagm, born yap1mmda yaygm hale geldigi giinden bu yana, aym husus di:ikme demir baglay!Cllar i<;>in de dii§iiniilmii§tiir. Bunlar biikiilmii§ klsa born par<;>aland1r, standard bornlardan <;>ekilerek yap1hrlar ve dogrudan dogrnya kaynaklamrlar. Born §ebeke kollan ve eski baglay1C1larm bir <;>ogu, bugiin esas boruya kaynakla baglanmaktadn. 3-8. BaglaYJCIIann llasmca gore simflandmlmalan. Baglayrcrlar, gene! olarak dii§i\k basm<;>, standard, 90k ag1r ve hidrolik adlan altmda bir s1mflamaya tabi tutulurlar. Dii§iik basmQ baglaylCUan 1,75 kgr/cm2 (su buhan ve hava i<;>in), standard baglay!Cllar 8,75 kgr/cm", <;>ok aii;lr baglay!Cllar 17,5 kgr/cm2 ve hidrolik baglayrcllar da 21 illl 700 kgr/cm2 'lik basm~lar·gi:iz oniine ahnarak smlf· t.
Qatalta~
-
Kimya MUhendisli~ine Giri$
F.6
82 landmlmr§lardrr. Bu basmc;lann, baglayJC!Iann kmlma mukavemeti ile d.ogruda~ dogruya bir bagmtrsr yoktur. Boru ve bagla)'lc!larm sadece basmc; sebebi ile ftnzalanmasr, c;ok ender goriilen haldir. Baglayrcrlarm c;ogu genle§me gerginligi veya mekanik §oklar (ornegin, sn darbesi gibi) sebebi ile anzalamrlar. Termik ve mekanik §Ok!an onceden hesaplamak zor oldugu i~in, baglayicilann srmflandmlmaya tilbi tutuldugu basmQ ile hakikl patlama basmcr arasmda biiyiik bir emniyet payr brrak!lrr. Baglayrc!lar hususunda basmc;tan c;ok genle§meden dogan gerginlik, biiyiik onem la§rr ve bu gibi durumlarda mukavemetleri c;ok daha yiiksek alan baglayrcrlar kullamlabilir. Dii§iik basmc; baglayrcrlarmm kullamh§r, pratikte iyi sonuc; vermez. <";iinkii, standard baglayrcrlarla kan§lmhrlar ve bunlar da kullamlacaklan i§ ic;in nygun degillerdir. Bu tip baglavrcrlarm esas kullamldrgr alan, gaz dagrl!m;drr. Bu gibi yerlerde oldukc;a biiyiik sayrda depolandrklan goriiliir. Bu depolamada dii§iik basmc; baglayrc!lan ile standard baglayrc!lar birbirlerinden ayn yerlere konulurlar. 3·9. Boru eklemleri. iki boru parc;asr birbirlerine muhtelif §ekillerde eklenebilirle!'. Bu k!Slmda bunlarm sadece en iinemli olanlarmdan bahsolunacakl!r. Ekleme kaynakla yaprlabilir ve bu metod, oldukc;a yaygmdrr. Man§onla1', her iki ucunda ic;ten di§ ac;!lmr§ krsa boru parc;alandrr. Borunun her iki ucuna sadece birer man§on baglanabilir. 2 par·maktan biiyiik borularda man§onlar iyi somw vermezler; fakat bazan kullamhrlar. $ekil 3-2'de bir tip di§i nipel giisterilmektedir. Bu durumda eklenme, metalin metale eklenmesi §eklindedir. En _iyi nipeller, demirden ba§ka bir metal veya ala§rmdan yaprlmr§ halkalara sahip olanlardrr. Bu halkalar muhtelif 9apta olup, kiiresel bir yiizeye sahiptirler. Boylelikle, borular olc;iilerinde olmasalar bile, eklemleri srzdrrmaz hale getirmek miimkiin olur. Pek arzu edilmeyen diger bir Sizdirmazhk contas1 ise, zaman zaman degi§lirilmeyi gerektirir. Muhtelif sebeplerden dolayr 50 veya 62,5 mm' nin iizerinde 9apa sahip di§li eklemler, $ekil 3-2: Diji nipel. pratikte iyi sonuc; vermezler. Bunlardan birincisi, biiyiik c;aph borulara di~ a~mamn gii9liiglidiir. ikincisi, 62,5 mm'nin iizerinde Qapa sahip borulara di~ a9mak, atolyelerde makine ile yaprhr, el illet-
83 Jeri ile bunu yapmak 90k zordur. 75 mm'lik bir boru iizerindeki di§leri srla~trr· mak ic;in di~li paftasma ihtiyac; vard1r. 3·10. Flanjlar. 50 ila 62,5 mm'den daha biiyiik c;apa sahip borulann eklenmelerinde herkesce kullamlan bir metoddur. Yiizeylerin kar§rkar~Jya getirilme ,.e baglanma ~ekli, goziiniine almarak bir srmflama yaprlabilir. Boyle bir SJmflama, a~agrda gosterilmekteclir.
a
d
c
e ~ekil
3-3. Flanjlann ytizyiize getirilme metodlan: (a) dliz yiizlii flanj; (b) faturah flanj; (c) yuvah ve dilli flanj; (d) erkek ve di~i flanj; (e) salmashrah flanj. Yilzyiize getirilme metodlari dliz yiizlli yuvah faturah
Ba§lama metodlan vidah kaynakh dOner kavramah
erkek ve di~i yuvah ve dilli salmashrah
Sekil 3-3'te flanjlarm yiizyiize getirilmesine ail muhtelif metodlar, giisterilmektedir. Diiz yiizlii flanjm durumu ac;rkc;a goriilmekteqir. Yuvah flanj, ucu
84
85
yuvarlatilmi§ bir lorna kalemi ile yiizeyin tiimiinde hafif bir kesme yapi!ara,k meydana getirilir. Bu, sizd~rmazhk hususunda daha iyi bir yapi§ma temin eder~ fakat sadece dii§iik basmdar ve yumu§ak salmastralar iQin kullamhr. Genellikle, faturah flanj b, 18,0 kgr/cm" ve daha fazla su buhan basmc1 iQin dii§iiniilmii~ eklemlerde kullamhr ve daha dii~iik basmdar i9in pratikte daha iyi somw ahmr. Diiz yiizlii f!anjlarda conta, genellikle flanjm kenarma kadar uzamr. Eklemlerin sizdirmazhgim temin maksad1 ile saplamalar iizerinde biiyiik bir yiik yiiklendigi zaman, yiizeylerin temasi merkezde olmay1p, d1~ kenarlarda meydana gelebilecek ~ekilde flanjlar elastikiyete sahip bulunmahdnlar. Yiiksek basm9, genellikle ince fakat sert conta kullamlmasim gerektirir ve bu §artlar SIZdirmazhk teminini zorla§tmr. Faturah flanjlarm standard yiikseklikleri 1,5- 2,0 mm kadardtr. Conta, sadece fatura kismm1 iirtecek kadar kesilir. Bu suretle, saplamalarm tiim basmc1, flanj kenarlarma dagilmakslZln sadece conta. iizerine gelir. Basmcm yiiksek olmas1 sebebi ile contanm ftrlatiltp atilmas1, ib timal dahilinde olan yerlerde yuvah ve dilli c, erkek ve di§i d, flanjlar kulla-
a
c
b
d
Sekil 3-4. Flanjlann eklenme metodlan: (a) boruya. vidalanabilen; (b) boruya kaynakh; (c) boyundan kaynakh; (d) hav~ah (Van Stone tipi).
mhr. Salmastrali flanj e, takdirinde flanjlarm her ikisinde de yuva bulunmakta olup, metalden yapilmi§ oval bir halka flanjlar arasma ve bu yuvalara oturmaktadtr. Metal halkanm iyi bir sizdirmazhk temin edebilmesi iQin saplamalann temin ettikleri baskinm yeterli olmas1 li\zimdir. Bu tip ekleme, olduk9a pahah olup, sadece zorunlu oldugu yerlerde kullamhr. Sekil 3-4'te flanjlann borulara eklenme metodlan giisterilmektedir. Eskiden standard metod (Sekil 3-4a), boru ucuna di§ a9mak ve bn boruyu diikme demirden bir flanja vidalamak §eklinde idi. Bu metod, bugiin dahi kullamlmaktadir, fakat bilhassa biiyiik 9aph borularda bunun yerini kaynakl1 f!anjlar almi§lardir. Yalmz, dokme demir Qelige kaynakla eklenemiyecegi i9in bu ikinci metod, 9elik flanjlarm kullamlmasmi gerektirir. Gelik flanj, §ekil 3-4b'de giisterildigi gibi, boru ucuna kayuaklanabilir. Daha az rastlanan diger bir tip, §ekil 3-4b'deki gibi, haz1r flanj kullanacak yerde, istenilen kahul1ktaki bir levhadan kaynakla diiz bir halka kesip, bunu yine kayuakla boruya ekleme §eklindedir. Sekil 3-4c'de gosterildigi gibi, boyun kismma sahip flanjlar da vard1r ve boruya kaynakla ekleme, bu kisimda yap1hr. Diger bir tip flanj, §ekil 3-4d'de giisterilen hav§ali flanjlardir. Bu tipte flanj iki par9adan ibarettir ve esas boruya diger §ekillerde oldugu gibi kaynakla eklenir. A. B. Devletleri'nde bu tip eklemeye degi§ik adlar verilmekle beraber, en 90k kullamlan Van Stone eklemesi ad1d1r. Bu tip flanjlarda civata delikleri kolayhkla birbirini kar§Ilar, bu balam, dan Qok karl§Ik yap1h olabilir ve eklemelere GOk uygundur. 3-11. Gomlekli ekleme. Olduk9a fazla miktarda kullamlan diger bir ekekleme tipi §ekil 3-5'te gosterilen gomlekli (bilezikli) ekleme olup, daha Qok gaz ve madenl yag ta§tyan borularda kulla8 e mhrlar. Giimlek A, birbirlerine eklene" cek borularm kar§l kar§Iya getirilen uQlanna ge9irilir. Bu, aym zamanda her iki u9da SIZdirmazhk temin eder. Giimlegin her iki ucuna yerle§tirilen B bilezikleri ve C salmastua yuvalan siZdir-· mazhk biiliimiinii kapar ve salmasbrayi s1karlar. Bu tip ekleme cok kolay ve 90k 9abuk uygulanabilir, bir miktar esneklige sahiptir ve borularm, tam dogrultularmda olmalanm da gerektirmez. Siz- ~ekil 3 - 5. Gomlekli ekleme : A, gomlek; B, bilezikler; C, salmastlra yuvast. dumazhk, zamanla bozulur ve ekleme kendi kendini ta§tyamaz duruma gelir. Genellikle toprak alt1 borularmda uygulanan bu ekleme tipi, fabrika ici i§lerde pek nadiren kullan1hr. Bu tip eklemeler, endiistri ve ticarette bir cok adlar a!-
87
86 tmda, A. B. Devletleri'nde ise genellikle Dresser eklemeleri ad1 altmda sa!lhrlar. 3-12. Genle~meli eklemler. U zunlugu olduk9a fazla olan biitiin bor\1 sistemlerinde, temperatiir degi~imlerinden meydana gelecek gerilmeleri ortadan ka!dJracak, tedbirlerin almma:s1 gerekliclir. Orta clerecedeki basmQlarcla boru sisteminin birka9 yerine clirsek veya diinemeg koyarak bu hus\ls temin olunabilir. Bu dirseklerin yapmunda, her zaman kullamlan baglayJC!lardan biri veya ozel dirsekler kullamhr. Bu dirsekler, gerilmenin belirli bir oramm ta§lyacak ~e kilcle yerle§tirilir. Baz1 durumlarcla (az basm~ altmda Qah§Ilan yerlerde) esnekligi olan klsa, baklr borular bu i~i yapar. Eskiden 90k kullamlan genle§meli eklemler dokiimden yap!lml§lardir. Bunun bir ucunda bulunan .f!anj boruya saglam bir §ekilde .Daglanmakta, diger ucu ise bir S!Zdirmazhk kutusu §eklinde bulunmaktaycl1. Diger borunun diiz ucu ise bu kutu iQerisine sokulmu§tu. Bu §ekildeki eklemlerin baz!lan, bugiin dahi kullamlmaktadir. Bugiin en gok kullamlan genle§meli eklemler, ondiileli metalclen yap1lmi§ bir kisma sahip olanlarclir. Algak basm9larda bu kisnn, herhangi bir . §ekilde korunmadigi halcle, orta ve yiiksek basmQlarcla §ekil 3-6'cla giisterilcligl gibi korunmu§tur. Bu §ekildeki genle§meli bir eklemcle A, ondiileli metalik ki-
Bu hususda gogu zaman borunun bizzat kendisinde meydana getirilen klv· nmlar, daha gok tercih olunur ve bilhassa yiiksek basmQ altmda gok faydahd!r. Bu bvnmlar, geni§ Qaph yaplldlgl takdirde boru sistemine biiyiik esneklik kazandmrlar. Bu k1vnmlann saylSI ve ~ap btiyiikliikleri, genle~meden dogan gerilme basmcmm, boruya ait tehlikesiz gal1~ma basmc1 d1~ma QlkmamasJ gerektigi hususu gi:iz online almarak hesaplamr. 3-13. Born baglaylCilan (filingler). BaglaYlCI, k!Slm 3-7'de ac;Jk!anan gOrevlerden (2 den .5'e kadar) herhangi biriui yapmakta ise, adma fiting denir. Bunlardan yiin degi~tirmek icin kullamlanlar dirsek admi ahr. Bir ana borudan dallanmalar yapmak i9in kullamlanlara ise T, istavroz ve Y rakoru gibi degi~ik adlar verilir. Diiz bir bon! sisteminde boru gapml degi§tirmek maksad1 ile kullamlanlar rediiksiyonlu fiting adm1 ahr. Born ~apm1 degi§tirmede en gok kullamlan metod, ufak caph borular igin burrlar, biiyiik c;aph borular · icin ise rediiktorlii flanjlarm kullamlmasidir. Borunun son kismm1 kapamak igin, ufak caph borularda t
RP8~FF!1
bLJd bLdd bb=JJ 2
1
3
~~ 7
$ekil 3 - 6. Ondiileli esnek (genle~meli) eklem : A ,ondiileli klSlm; B, eklemin flanjh ucU; C, gerilmeye kar~t koruyucu bilezikler; D, bilezik eklemleri; E, ayar 9ubugu.
sm1 olup, bunun her iki ucu B kivnlarak flanj yapilml§lll'. Yiiksek basmg altmda oncliileli klsmm bozulmamas1 i9in (§ekilde D ile giisterilen) koruyucu bilezikler kullamhr. Bu bilezikler iizerincleki dillerin yapill§lan, ondiilelere iyi bir §ekilcle oturmaktad1r. Ayar 9ubugunun E her iki ucunda bulunan yanklar oncliileli eklemin genle§me s1mrlanm tayin eder.
12 ~ekil
13
8
~~
mu 15
16
3 ~ 7 .Di~li. boru fitingleri: (l) T; (2) rediiksiyonlu T; (3) rediiksiyonlu T; (4) istavroz; (5) dirsek; (6) di$'i~erkek dirsek; (7) 45° lik dirsek; (8) rediiksiyonlu dirsek; (9) man~on; (10) tapa; (11) redliksiyon; (12) dar nipel; (13) burl'; (14) Y rakoru; (15) di!i kor tapa; (16) k1sa nipel.
88
89
luktan daha k1sa borulara el &letleri ile di§ a<;Jlamaz ve bunlar, haz1r olarak satm ahmrlar. Dar nipellerde her iki taraftan a<;J!an di§ler birbirlerine degecek . kadar yakm oldugu halde ktsa nipellerde bu iki klSlm arasmda lnsa bir bo§luk vardJr. Sekil 3-7'de onemli olan fitinglerin pek <;ogu gosterilmektedir. Bunlara ilaveten pek o;ok say1da ba§ka fitingler de bulundugu unutulmamahdir. Fitingler di§li olabilir ve dogrudan dogruya boruya vidalanabilir. Bu tip, <;ap1 50 ila 60 mm'nin iizerinde olan borular i<;in pratikte pek kullamlmaz. Genellikle, biiyiik <;aph borular i<;in uygulanan baglama, flanjh filing §eklindedir. Sekil 3-S'de birka<; tipik flanjh fiting gosterilmektedir. Bu fitinglerin flanjlan, boru flanjlan ile yiiz yiize getirilip, a<;JklamasJ yap1lan metodlardan herhangi biri ile birbirlerine baglamrlar. Fitingler tarafmdan yapdan gorevlerin pek <;ogu, istenilen §eklin verilmesinden sonra yapdan bir baglama ile de temin olunabilir.
~ lt====ij 3
5
4 ~kil
3- 8. Flanjh born fitingleri:
(I) T;
(2) istavroz
(3)
ozel bir T;
(4)
dirsek;
(5) 45°
lik
dirsek.
. 3·14. Valflar. Aki§kanlarm akl§ debilerini kontrol eden cihazlara valf ad1 verilir ve bunlarm fitinglerden <;ok daha fazla <;e§idi vard1r. Bunlan a§agJdaki §ekllde smJf!andJrmak miimkiindiir. A..di musluklar Kiiresel yuvah (globe) valflar
Metal diskli Salmashrah
Konik yuvah (gate) valflar YUkselen milli Yi.ikselen slirgiilii Dt$tan vidah ve boyunduruklu
Tek yon!U ak1m (cek) valflan Bilyah Dilli
Otomatik kontrol valftan
'
3-15. Adi musloklar. SJVI abmm1 diizenlemede kullamlan en basit alet ftdi J;llusluklardJr. Bu musluklar, esas itibariyle dokme bir govdeye sahiptirler, bu govdeye iizerinde gegit bulunan konik tapa iyi bir oekilde oturmu§tur. Tapaya bagh milin iyi bir §ekilde s1zdnmazhga sahip olmas1 gerekir. Adi muslugun basil bir tipi ~ekil 3-9'da giisterilmektedir. Adi musluklar, genellikle ufak kapasiteye sahip basmgh hava borulannda, nadiren de su buhan ve su ta§Jyan borularda kullamhrlar. Bu musluklarm sakmcah yonii §Udur. Eger tapanm kenarlan hemen hemen paralel durumda ise, tapa musluk govdesine Sib bir ~ekilde girer ve bunu dondiirmek gii9le~ir. Diger taraftan, tapamn kenarlan fazla konikle§tirilecek olursa, egimli yiizeye yapdan basmQ, tapanm yuvasmdan 9.11kmasma sebep olur. Adi musluklarm <;ogunda ikinciden gok b;, ~ekil 3-9. Adi musluk. rind sakmca ile kaqJ!a§Jhr. Bu sebeplc en gok §ikayet, musluklarm sJkJ§masJ ve agdmasmdaki giigliik ~eklindedir. Bu sakmcayJ ortadan kalduacak ozel olarak yap1lm1§ musluklar vardu. Bunlardan en gok tanmam musluk miline bir kaydmc1 konulmasJdlr. Kaydmc1 tapaya agdrm§ ufak deliklerden gegerek tapanm govdeye siirtiinen yiizlerine gelir. Ozel bir durum arzetmeyen <;ah~malarda bu istenilen fayday1 saglar, fakat baZI durumlarda eriyip akmayacak veya goziinmeyecek kaydmc1Y.l bulmak gok zordur. Adi musluklarm diger bir sakmcah yonii de tapa iizerindeki akl§kan gegidinin silindirik (genellikle bu §ekildedir) olmas1 halinde goriiliir. Muslugun a91h§1 esnasmda, ufak bir dondiirme ab~kan gegidiniu gok <;abuk degi§mesine sebep olur. Bundan ba§ka musluk tamamen a<;Jk oldugu zaman dahi ge<;it tam aQlk degildir. Bu sebeple, aki§kan abmm1 adi muslukla tam olarak diizenlemek zordur. Bu zorluk, bilha~sa ufak akim debilerinde goriiliir. Musluklar, daha ziyade tam kapama veya tam aQma istenilen yerlerde kullamhrlar. Bununla beraber, deliklerine iizel §ekil verilmi§ musluklar da vard1r ve deliklerin alan1 muslugun dondiiriilme aglSI ile hemen hemen oranlihdu. 3-16. Kiiresel yuvalt valflar. Sekil 3-10 ve 3-ll'de tipik bir kiiresel yuvah valf gosterilmektedir. Bu valflarm esas goriinii§ii, ig klSlmda yatay bir hoime olan yuvarlak bir govde §eklindedir. Yatay bolmenin ortasmda claire §eklinde bir gegit vardu ve bunun iizerine, yuva ad1 verilen bir bilezik oturtu]. mu§tur. Fiat ve basmca dayanma kabiliyeti yoniinden farkh pek <;ok say1da kiiresel yuvah valf mevcutsa da, bunlar arasmdaki esas fark, valf diskinde ve valf yuvalarmda giiriiliir. Ucuz valflar, ayn bir yuva bilezigine sahip olmad1klan halde, pahah valflar kolayhkla degi§tirilebilen yuva bilezigiue sahiptirler. En gok
90
91
kar~rla§tlan iki tip valf diski, §ekil 3-10 ve 3-lla ile 3-llb'de gosterilmektedir. Kiiresel yuvali valf daha <;ok tifak kapasiteli aki§kan akimlarmda kullamhr. 50 mm gaptan daha biiyiik borularda kullamlmasi genellikle iyi sonu<; vermez.
3-17. Konik yuvah vslflar. Konik yuvah valflar, genellikle biiyiik kapasiteli borularda kullamhrlar; fiatlan, yap1ldiklan malzemeler, yaprli§ §ekilleri ve mekanik yap1lan babmmdan birbirlerinden olduk9a farkhd1rlar. Sekil 3-12'de giisterilen yiikselen milli, konik yuvah valf, bu valflarm tipik bir iirnegidir. Yiik-
$ekil 3-10. Ki.iresel yuvah valf.
Sekil 3-12. Ytikselen milli, konik yuvah valf.
b $ekil 3-11. Ktiresel yuvah valf diskleri: (a) metal disk; (b) salmas!Irah disk.
Sekil 3-13. Ytikselen slirgiili.i, konik yuvah valf.
selen siirgiilii, konik yuvah bir valf ise §ekil 3-13'de giisterilmektedir. Bu valfm en belirli farki, valf mili di§lerinin siirgii ile baglantih olmasidir. Valf mili yukan a§agi hareket etmeksizin, siirgii a§agi ve yukan hareket edebilir. Yiikselen sfugiilii valf, digerine nisbetle, gah§ma halinde daha az yere ihtiya<; giisterir. Diger taraftan yiikselen milli valfm a91k veya kapah oldugu kolayhkla giiriilebilir. Siirgii ve yuvas1 birbirlerinden farkh 90k say1da konik y.uvah val£ vardu. Bunlarm se<;imi fiatlarm~ ve kullamlacaklan yere gore yap1hr.
93 Biiyiik valflarda val£ gegidindeki basmg, biiyiik i:inem ta~tr ve valfm elle a9tlmasm1 giigle§tirir. Bu gibi durumlarda, biiyiik 9aptaki konik siirgiilii valflara ufak bir yan ge9it valft konularak, esas ge9it a9tlmadan iince ge9itin iki yi:iniindeki basmcm e§itlenmesine c,;ah§thr.
cia, valf mili diizdiir ve tek bir i§lemle ac,;an veya kapayan bir kaldtrac,; kolu vardu. Bu tip valflarm kullamh§I faydahdtr, fakat su darbesi tehlikesi mevcuttur. 3-19. Su darbesi. Bir boru hareket halinde olan bir s!Vl siitununa sahip oldugu takdirde; bu stvt igerisinde, stvmm kiitlesi ve luzt sebebi ile i:inemli miktarda kinetik enerji depolamr. Stvmm h1Z1 birdenbire azalttlacak (bir valfm birdenbire kapattlmast ile) olursa, stvmm bastmlamtyan bir akl§kan olmast sebebi ile, bu enerji absorblanamaz ve kendiliginden meydana gelen bir darbe §eklinde ortaya gtkar. Bu darbe yiiksek bir basm<,; §eklinde kendini gosterebilir. Aktm durdurma zamammn yakla§tk olarak stftr oldugu kabul olunursa basmc,;, SIVI htzmm (m/saniye) 37 ilil. 64 kati olur. Valfm kapanma zamam uzadtgt ve S!Vl siitunnnun uzunlugu azaldtgt takdirde bu tesir de azahr. Giivenlik dii§iincesi ile, su darbesinden ileri gelmesi muhtemel olan darbe basmcmm, lineer stvt luzmm (m/saniye) 60 katt oldugu kabul olunur. Bu sebeple, gabuk ag1hr valflar sadece ktsa borularda kullamlmahdtr. Basil musluklar, gabuk kapattlacak olursa aym darbe onlarda cia giiriiliir. 3-20. Tek yiinlii alum valflan. Ak1mm tek yonlii olmast istenildigi takdirde cek' valflar kullamhr. Otomatik olarak gah§trlar, aktmm bir yiinde akmasma miisaade ettikleri halde diger yonde akmasma miisaade etmezler. Sekil 3-15'de standard tipte iki cek valf gosterilmektedir. Sekiller, kendilerinin ac,;Iklamnalanm yapmaktadtrlar.
a !>ekil 3 - 14. D11tan vidah ve boyunduruklu valf.
09iincii bir tip konik, siirgiilii valf, §Ckil 3-14'de giisterihnektedir. Bu dJ#cm vidal! ve boyunduruklu valf admt ahr. Bu tip valf, daha ziyade biiyiik 9aph borularda kullamhr ve her yerde kolayhkla kullamlabihnesi ic,;in boyunduruk boyutlanmn pek biiyiik ohnamast gerekir. 3·18. «;abul< a~ valllar. Bir i:inceki klSimda ac,;tklanan konik yuvah valflartn di§li bir mili vardtr. Bu sebeple valft tamamen kapamak ic,;in valf ba§hil;mt pek ~ok kereler c,;evirmek gerekir. t;:abuk fl!llllr valf adtm alan bir tip val£-
b
$ekil 3- 15. Cek valflar: (a) dilli cek valf, (b) bilyah cek valf.
3-21. B.asm~ kii~iilten ve diizenleyen valflar. Sistemin bir ktsmmda muntazam ve aym zamanda, sistemin diger ktsmmdan daha kiic,;iik basmcm temin edilmesi istenilen yerlerde, basmg kiic,;iiltiicii valflar kullamhr. Aktm diizenleyici valflar temperatiir, konsantrasyon, seviye v.s. gibi proses degi§kenlerini sabit bir degerde tutmak maksadt ile, aktmt kontrol eder ve akt§kan aktmlm sabit bir degerde tutarlar. Basmg kiigiiltiicii valflar, diizenleyici valflarm ozel bir §eklidir
94
95
Bu valflarm yapth§lan ve Qah§ma tardan, ~imdiye k'\dar gormii§ olduklanmtzdan Qok fakhdtr. Sekil 3-16'da gosterilen valf, pek
B
Sekil 3-16'daki valf, val£ govdesi A, iki yuva B ve iki valf diski C ihtiva etmektedir. lki disk ve iki yuva kullamlmasmdan maksat, stvt aktmmda denge saglamak, valfm aQilma ve kapanmasm1 daha az kuvvet sarfederek temin etmektir. C diski, valf yiikseli§i ile orantlh bir aktm verecek §ekilde yaptlmt§tlr. D kanatlan, valf miline yon veren E ucunu ta§trlar. Valf gi:\vdesine ufak bir ba§hk F baglanmt§ olup, bu ba§hga val£ mekanizmasmm iist ktstmlanm ta§Iyan H destek kollan ve G destek bilezigi baglanmt§tlr. Valfm iist ktsmmda esnek bir diyafram J yer almt§ olup, bu ktsmmdaki flanjlar arasma yerle~tirilmi§ ve K eklemi ile val£ miline baglanmt§hr. Diyafrarmn iist ktsmt L ~ubugu ile temastadtr. Bu ktstmda, M yayt ve N yay yuvast da bulunmaktadtr. Diyafranun yiikselmesi yay ile temin olunur ve bu yiikselme esas valft a~ar. Boyle bir valfm belirli fakat daha kiiQiik bir basmc1 (.;tkt§da) temin etmesi istenilmi§ olsun. Bu ~nkl§ basmcl, 0 deligi yoluyla diyafranun iist ktsmma baglamr. ve diyafranu a§agtya dogru itmeye .;alt§Ir. Yay ise diyaframt yukanya Qektnek ister. <;:tkt§ bastnct degi§tikQe diyaframm durumu ve. buna bagh olarak C diskJeri ile B yuvalan arasmdaki aQtk'Y'Y.•uuc ak1mm debisi degi§ir. <;:Jkt§taki basmQ kii<;iil-
tiilecek olursa, buna bagh olarak diyaframm list klsmmdaki basmQ azahr; yay diyaframt yukan .;ekmeye, valh aQmaya ve aktmm debisini artumaya Qah§IL <;:tkt§taki basmQ artmca, bu artma diyaframm iist klsmmdaki basmcm artmasma sebep olur. Bu artma, yayla dengelenir ve valft kapamaya ~ah§tr. <;:I\..J§ basmcmm. dogrudan dogruya (0 deligi yolu ile) valfa baglanmast yerine, 1 atm. basmca sahip hava kullamlmast oldukQa yaygm bir hal almt§llr. Bu maksatla ~artlarm kontrol edilecegi noktaya bir cihaz yerle§lirilir. Bu, basmca kar 01 hassas bir cihaz, bir temperatiir veya seviye kontrol cihazt olabilir. Cihazm 0 noktasma gi:\ndcrilen bastmlml§ hava aklmmm, operasyonun devam1 boyunca degi~kenlerce kontrol edilebihnesi esas gayedir. Yiiksek basmQta su buhan ta§tyan bir boru §ebekesinden, spiral borulu bir JSJ degi§tiriciye sabit ve dii5lik basmQta su buhan vermek iQin, bir rediiksiyon valh kullamlabilir. Bununla beraber, spiral borulu lSI degi§tirici tarafmdan JSItilan bir tankta sabit temperatiir temin edilmesi istenilecek olursa, su buhan basmcmm kontrol edilmesi gerekir ve valf bir kontrol valh vazifesi goriir. Her iki durumda da valf yap1s1 aymd1r, fark sadece valh .;ah§tlran mekanizmamu Qah§ma §eklindedir. 3-22. Valflann yapJid•ilt malzemele~. Genellikle 50 mm ve daha ufak Qaph borulara baglanan valflar, pirinQten yap1hr. 50 mm.'den biiyiik Qaph borulara baglanan valflar ise doktne demirden yaptlnn§ olup; yuva, temas yiizeyi, disk ve bazan mil gibi hareketli parQalar, pirinQ veya tungtan yaptlmt 0lardn. Bu gibi valflara demir govdeli veya hareketli pargalan piringten valflar adt ve· rilir. Amonyak veya siyaniirhi gozeltiler gibi, pirinci korrozyona ugratan QOzelti~ ler takdirinde, tamam1 ile demirclen yaptlmt§ valflar kullamhr. Fakat temas T Dirsek yiizeylerinin paslanmas1 tehlikesinden dolay1, her yerde ve her zaman kullamlamazlar. Yiiksek basmg veya korrozyon tehlikesi fazla olan yerlerde, yiiksek dereceli bronzdan veya dokme gelikten yaSurguU.i veya pllmt§ valflar kullamhr. <;:ok nadir hailstavroz ki:i;;eleli vana ler iQin valf, bir biitlin doklimden yapthr ve liizumlu delikler matkap veya torna ile aQthr. Gok yiiksek temperatiir ve--1>1-ya gok yiiksek basmgta gah 0an valflarEgimli Cek Otomatik da pervazlar, pirinQten degil monel mevalf valf valf talden (nikel ve baktr kan§Illll bir ala§tm) veya paslanmaz gelikten yaptlular. !;lekil 3 - 17. Boru $Cbekelerinde kullaGenellikle endiistride 50 mm ve daha ntlan semboller. ufak Qaph valflar tamamen piringten,
t
+
-
97
96 50 mm'den daha biiyi.ik <;apa sahip valflar ise, hareketli parqalan pirin<;ten olmak iizere, diikm
Gelik cihazlar (ve bir dereceye kadar dokme demir cihazlar) dayamkhhgt fazla olan camla astarlanabilirler. Yalmz bu cihazlar, pek biiyiik olamazlar ve gok kan~1k yaptda bnlunamazlar. Ufak kapasiteli iiretimlerde ve yan e~diistri yel ~a!t~malarda (pilot-plant), pek <;ok saytda camla astarlannn§ kazan veya reaksiyon kaplan kullamlmaktdn. Karbon. Bu karbon, reginelerle (genellikle bakalit tipi re<;inelerle)·emprenye edilmi§ bir karbondur. Ya1mz belirli boyutlarda boru veya diiz levha halinde bulmak miimktindiir. Asidlere kar§I olduk<;a dayantklidtr. Bu cins malzemeden yaptlrni§ diiz.ve spiral borulu tSI degio;tiriciler rnevcuttur. Kmlgan olan bu malzemenin i§lenmesi olduk<;'l dikkatli bir gah§mayt gerektirir. Plllstfkler. Ufak ve biiyi.ik; gaplara saltip, pek gok saytda degi§ik plllstik malzemeden yaptlnn§ borular vardtr. Korrosif maddelerin goguna iyi bir §ekilde dayanular, kesilmeleri ve bir yere tak1lmalan kolaydw, aynca pek hafiftirler; Yahnz belirlitemperatiir limitlerinde kullantlabilirler. Buglin dahi her o;eve haztr bir vaziyette bnhnak miimklin degildir, fiat! art hll.lll yi.iksek1:ir. PHisti!d~:r, 'cihai: ye boru §ehekelerinin haztrlanmasmda kullamlan en onemli malzirmellerclen.bt~lni te§kil· etmektedirler.
Yilksek silisli demir. Silis yiizdesi yiiksek olan bu demir ala§trnt asidlere son derecede iyi mukavemet eder, dokme dernirden daha saglamdtr. Muhtelif §ekil ve biiyiikliikte bu malzemeden yaptlrnt§ borular ve cihazlar bulunabilir. Son derece k·mlgan ve sert, termal genle§me katsaytsmm <;ok yiiksek olmas1 ba§hca sakmc!larmt teo;kil ederler. Gene! olarak knllamlan flanjlar bunlarda kullamlamaz, i:izel flanjlar dii§iiniilmesi gerekir. Bu malzemeden yapilmi§ cihaz ve horulann kullamlmasi esnasmda son derece dikkatli olunmas1 gerekmektedir. Tornada bu malzemeye §ekil verilemez. Kut'§Un. Muhtelif gap ve agtrhklarda kuro;un borular kullamlmaktadir ve bilhassa siilfat asidi ~ozeltilerine kar§I son derecede dayamkhdtr. Bu borular, genellikle eritilerek kaynak yapthrlar. Bunun igin birhirlerine baglanacak iki parga iifleg alevinde eritilir ve soguduklan zaman birbirlerine baglanmt§ olurlar. Tecriibeli bir kur§un ustast, kuro;un born ve levhalardan her §ekilde cihaz ve baglanttlar meydana getirebilir. Kur§un boru ve cihazlann esas sakincast elastik limitlerinin gok dii§iik olmast, mekanik ve termal yiik altmda devamh §ekil degi§ikliligine ngramasJdir. Bu sebeple, kur§un borular ktsa arahkli baglant!larla birbirlerine baglanmab ve her noktasmdan desteklenmelidir. Baklr ve diger metaller (demirden ba§ka). Kimya miihendisligi uygulamalannda en gok kullamlan metallerden biri de bak1rdtr. Baktr (orta derecedeki konsantrasyonlarda) nitrat asidi dt§mda biitiin asidlere (oksidasyon iinlendigi miiddetge) dayamkhdtr. Saglam bir yap1ya sahip olup, kolay o;ekil verilebilir, fakat fiatt olduk9a' yiiksektir. Bak1r borular, genellikle pirin<; kaynagt ile veya boru s9nuna yerle§tirilen demir flan§ iizerinde katlayarak birbirlerine baglamrlar. Firing mukavim olmadtgi i<;in, ufak piring valflar miistesna, nadiren kullamhr. Alilminyum. Kimya endiistrisinde aliiminyumdan yaptlmi§ pc'k <:ok cihaza rastlamak miimkiindiir. Ucuz ve hafif olu§lan ba§hca tercih sebebidir. ~ekil verme ve i§lenme metodlan, demir ve ala§tmlanndan pek farkh degilc!tr. Nikel, alkali korrozyonuna mukavimdir, sodyum veya potasyum hidroksid giizeltilerinin kullamlacagt yerlerde cihazlar, genellikle nikelden yap!ltr. Astarlanml~ cihazlar. Korrosif snnlarla temasa gelecek gelik cihazlar, kur§un veya l!lstik ile astarlanabilirler. Kur§tm, demire bir kalay tabakast ile baglamr, kalaytn bir yam demirle diger yam kuro;unla ala§Im te§kil eder. Boru ve va1flara uygulanabilirse de, kan§tk yapth cihazlar kur§unla kolay astarlanamazlar. Demir ve gelik cihazlan Iastikle kaplamak miimkiindiir. Bugiin her tiirlii a§mmaya oldukga dayamkh l!lstik kaplamalar yaptlmakta ve lastik, demire iyi bir §ekilde yapto;maktadtr. Ozel ala§nnlar. <;:ok degio;ik yapt ve ozelliklere sahip birgok ala§tm var- . dtr. Cenellikle, bunlan iki grupta toplamak miimkiindiir. Bunlardan birinde baktr digerinde ise demir esas elementtir. Bakmn esas element oldugu ala§Iml'ar, 1. (;atalUU, -
Kimya Mlihendisligine Giri~
F.7
98
99
genellikle kan,tk bir yaptya sahiptir, diirt veya be, element ala,tma girer ve bu aja,tmlann baz1lan korrozyona olduk~a dayamkhdtr. Boru dahil, muhtelif ,ekillerde bunlan bulmak miimki.indiir. Demirin esas te 0kil ettigi ala,tmlarda krom veya nikele veya her ikisine de rastlamak miimkiindi.ir. Paslanmaz qelik diye adlandmlan aia,tm, korrozyona ~ok dayamkh olup, her 0ekilde bulunabilir. Monel metali diye adlandmlan a!a 01m ise yakia,tk olarak ~65 nikel, /o30 baklr ve ~5 diger bir kac; metalden meydana gelmi§tir. Dayamkhhgt oldukc;a fazla, i§lenmesi kolay olup, seyreltik c;ozeltilerin c;ogu ic;in uygundur. Metalik kqplamalar. Paslanmaz c;elik ve nikel oldukc;a pahahdtr, nikel aynca dii§i.ik bir mekanik dayamkbhga sahiptir. Bu sebeple, i\di karbonlu c;elik ki.itiigii nikcl veya paslanmaz ~elik kiiti.ikle kaynak yap1hr ve sonra, birlikte (aynen sac levha imalinde oldugu gibi) haddeden ~ekilir. Mekanik ve kimyasal dayamkhhg1 alan koruyucu metalin kalmhg1 tiim levha kalmhgmm %10 ila %20'si arasmdadtr. Bu §ekilde korunmu§ metaller, birbirlerinden aynlma tehlikesi olmaks1zm i§lenebilirler.
3-24, Pompalar. (:ok farkh c;ah,ma §urtlanmn isteklerini kar§tlamak iizere, prensip ve mekanik yap1 bakmundan birbirlerinden farkh, c;ok saytda degi§ik pompa geli§tirilmi§tir. Hie; bir pampa veya pampa snufl, digerlerinden daha fazla bir Onem ta§Imnz.
3-25.
V. = 1 m·' suyu yi.iksege basmak iGin liizumlu hava hacmi, m' H, = tiim yiikseltme (basma), suyun i.ist yi.izi.inden bo§alma noktasma kadar uzakhk, m
H$ = dalma derinligi, suyun list yi.izii ile hava giri§i arasmdaki uzakhk, m C = U§agtdaki tablodan alman bir sabit: Yiikseltme m,
Sabit
H, 3 18,4 62 !56199 -
c
18,3 61 155 198 229
245 233 216 185 156
Dalma, H,/(H, + H,) §eklinde ifade edilir. Bunun degeri 6 m yi.iksehne iGin 0,66'dan 152m i9in 0,41 deg6rine kadar degi,ir. Bu bagmtl pratikte oldukga ~ rn ~t yakla§lk sonu~lar verir ve alt uc; yap!~ ~ ~ sma til.bi olarak degi§en degerler elde 1 olunur. Genellikle, en yi.iksek mekanik ~ randtman %30 kadardtr.
rJ
Basm~h
hava pompas1. i3ekil 3-18'de basmc;h hava pompas1 gosterilmektedir. Bu cihazm emme borusu, pompnlanmak istenilell s1vmm it;erisine daldmhr ve bu emme borusunun daldmlmt§ ucuna basmc;h hava enjekte edilir. Bu noktada havanm basmg ve htz yiikleri bo§ahr, hava ve s!Vl birlikte boru iGerisinde yiikselmeye ba§lar. Basmc;h hava pompasmm alt ucundaki hava dagthm §eklinin, cihazm Qah§mas! i.izerinde biiyjik tesiri vardtr. Sekil 3-19'da iki tip dagthm gosterilmektedir.
•
BastnQlt hava pompas1 ile ilgili teori. Basmc;h hava pompasmm mekanik yapth§l hasit olmakla beraber, ~ah§mas1 oldukGa kan§tkttr ve bu sebeple de, yeterli ac;tkhkta matematik bir teori geli,tirilememi§tir. Bu teorinin, iki fazh aknna ait surtiinme direncini kapsamma almasl gerekmekte olup, bu konu kitablmiZa ahnmamt§llr. Pratik (ah§malar sonucu ampirik bir formiil kurulmu§tur.
nJ
t
l
1
H,
V.
=
19 5 • Clog[(H, +10,4)710,4]
• (3-2) .
Yukandaki e§itlikte: Sekil 3-18. Basm<;ll hava pompast. 1
Ingersoll-Rand Company.
Sekil 3-19. lan.
Basm~lt
hava pompas1 alt uc;-
100
101
3-26. Ejektiirler. Hareketli parc;alar kullanmadan bir srvryr harekete gegirmek igin, genellikle kullamlan diger bir cihaz da ejektorlerdir. Sekil .3-20'de bir tip ejektiir gosterilmektedir. Ejektoriin <;ah,ma prensibi, once bir akr5kanm nozu'ldan (emzikten) gec;irilerek genle§tirilmesi \"C genle;;mw sommda, harckcte getililecek akr§kan ile temas cttirilmesidir. Aki§kamn nozuldan ilk ,·rkl§l' esna, smda, basmc; yiikiindeki azalmaya kar§rhk luz yiikii artar. iki akr,kanm temasa geldigi noktada, ikinci akr,kamn basmc; yiikii birinci akr5kamn basm<; yiikiinden az ise, ikinci akr,kan ejektor ic;erisine dogru emilir. Basit ejektiirlerin saloncah yonU, mekanik olarak yeterli olmayan ufak bir yiik temin etmeleri ve harekete getirilmek istenilen maddeyi seyreltmeleridir. Srvrlan bir tanktan diger bir tanka nakletmek igin kullamlan basit ejektorler su buhan ile c;ah§rrlar. Su buharr, gazlan nakletmek ic;in de kullamhr. Bu sebeple, dalm geli,tirilmi§ ejektorler, vakum pompaSl olarak da kullamlabilirler.
kabul edilen bir smrflandmna a§agrdaki §ekildedir: 1. Pistonlu pompalar 2. · PlanjOrlli pompalar
A. B.
1gten salmashrah salmasttrah (i) Merkezdcn salmashrah
D1~tan
(ii)
Sondan salrnasttrah
Bu smrflandrrmaya ilavetcn, su silindiri tek harckctli veya r;ift hareketli olabilir. Diger bir smrflandrrma \·alf tipini esas ahr. Pistonlu pompalar. bunlan hart•ket cttirC'n ktt\'Yet yOni.inden de buhar •:eya
kuvvrt pompalart olarak, smrflandmlabilirler. Aynca simpleks, duplcks, tripleks v.s. gibi bir srnrflandmna cla varcln·. Bu 'rmflamhrma, tek bir hareket koluna baglanrnJ§ su silindirlf'rinin say1sma gOre yaptlmaktadn·.
3-28. Pistoulu pompalar. Sekil 3--2J'de simpleks, Gift hareketli, bubarla qah§an \'C kanath bir valfa sahip, pistonlu pampa goslcrilmektedir. Bu pampa,
S1 v1 g1ri<;;1 $ekil 3 - 20. Ejekti:ir.
Geli§tirilmi§ olan bir krsnn basit ejektorler, harcketc getirihnck istcnilen ab§kanla aym basmca sahip bir yere akr§kam pompalamak ic;in, yeterli bir mekanik randrmana sahiptirler. Bunlara enjektor adr verilir. Bu tip. enjcktorlerin en <;ok kar§rla§rlan iirnegi, buhar kazanlarrm beslemek maksad1 ile kullamlanlardrr. 3-27. Pistonlu ve plaujiirlii pompalar. Eskiden akr§kaulan bir yerden diger bir yere ta§Jmak ic;in en c;ok kullamlan \'C en onemli olan pampa, degi§ik yaprh§lara sahip pistonlu pompalardr. Bu pompalar, bugiin dahi, Gok sayrda doner pompalar kullamlmasma ragmen, halil. onemlerim korumaktadrrlar.
Pistonlu pompalan muhtelif §ekillerde smrflandrrmaya tabi tutmak miimkiindiir. Srmflandrrmamn esas prensibi, su silindirinin yaprh§rdrr. Genellikle,
$ekil 3-21. Cift hareketli, simpleks, pistonlu pompa: A, B, su pistonu; C, su pistonunun salmastlrast; D, silindir gOmlegi; E 1, E2 emme valflan; F 1, F2 basma (bo~altma) valflan; H. valf kanatlan; L, pilot valf; M, piston kolu; N, ana buhar valft; P, buhar ~Ikt!;>lan.
103
102 \'iskozitesi vi.iksek o}mayan, a§IndiriCl bir karakteri bulunmayan SlVllan 45 fl§. 60 rn yiikse~e basabilir. Piston esas itibariyle A ve B disklerinden, bunlann ara-
smda bulunan salrnastn·a halkasmdan n\eydana gelrni§tir. Bu disklerin di§ kisimlan, salmastirayi siki§tiracak §ekilde yapilmi§tlr. Piston dogrudan dogruya pampa govdesine a~I]mi§ bir silindir i~erisinde hareket eder .. F~katdah~. iyi pompalarda piston, degi§tirilebilen bronzdan yap1lmi§ bn· silmdir gornlegi D iGerisinde hareket eder. Valflarm alt sl!'asi E emme valflanm, ust s1ras1 1se F basma (bo§altma) valflanm te§kil cder. Piston soldan saga dogrn hareket ederken sol tarafta bir emme meydana gelir, bu hareket emme valhm E, a~ar ve bas~1 a valhm F, kapar. Aym zamanda sag tarafta basmg yiikselmesi olur, bu basm~ sagctaki emme va!fnu E, kapar ve basma valhm F, agar. Bu pomp·a· Qift hareketli. bir pompachr, digcr bir deyimle devrin her iki yans1 da su basab1hr ve goriildiigii gibi en az dort valfa ihtiyag gosterir. ·
buhar pompalan, pistonlu buhar makinalanndan oldnk~a farkhd1r. Pompa tarafmdan basllan ak1§kamn muntazam bir debiye sahip olabilmesi igin, basmcm sabit tntnlmasma ihtiyaq vard1r. Bn sebeple, buhar valfma ait ayar o §ekilde yapJ!mi}lll' ki, buhar Gikl§ yollan piston hareketinin ba§langiCmda tamamiyle a~Ihr vc harekctin sonuna kadar a~1k kahr. Bu, genellikle ~ift valf ile temin olnnur. Sekil 3-2l'de gosterilen pampa takdirinde, piston kolu M yard1m1 ile ~ah§an bir pilot valf L. buhar qiki§Ianm P ycteri kadar kapatmayan esas valh S serbest btrakir. 3-29, Planjiir pompalar. Planjor ile piston arasmda §U fark vard1r. Piston kendi salmastlfasrni ta§lr, halbuki planjor takdirinde salmast1ra sabittir ve planjor buna siirtiinerek ge~er. Sekil 3-2l'de gosterilen pompaya benzer pompalar takdirinde, salmast1ranm degi§tirilmesi gi.iGti.ir. Pompalanan stvi, suspensiyon halinde kat1 maddcler ihtiva etmektc ise, bunlar k1sa zamanda salmas[lramn a§mmasma yol aGar ve s1k s1k dej];i§tirilmesini gerektirir. Salmastlralann kolay degi~ebilir olmasi, daima istenilen bir husustnr. Bu arzu, di§lan kavrami§ salmas!Iralara sahip pompalarm geli§mesine scbep olmu§tm. Bu durumda pampa govdcsi ortadan ikiyc aynhm§tn· ve iqerisinde planjoriin hareket ettirildigi iki adet sabit salmastira kntusn vard1r. Boylece salmastira pompamn di§mda yer alml§ olur. Kolayhkla tamir cdilir veya degi§tirilebilir. A}TlCa kagaklan gormek de miimkiin olur.
H
!;iekil 3 - 22. Pompa valfr : G, valf yuvasr; H, valf kanadr; J, kol; K, valf diski.
Bu valflarm vapih§l §ekil 3-22'de gi:isterilmektedir. Bronzdan yapiimt§ bir valf yatag1 G, valf kanad1 H (izerine gegirHir veya vidalamr ve m
Pompa biiyiidiikqe valf kanatlanmn alam da artar. Bliyiik valf kanatlarma sahip pompalar, yiiksek basmdar i<,:in uygun degillerdir. <;:unkli dokme demirdcn yap1lnu§ gcni§ ve diiz pompa kanatlan, pompanm her hareketinde, emme ve basma basmqlan arasmdaki farlo tam olarak ta§Jr. Geni§ bir alan iizerinde dagitthm§ olan bu basmq, dokme demir gibi zay1f bir malzemeden yap1lmi§, kanatlar tarafmdan ta:;mamaz. Bunun bir sonucu olarak yliksek basm<; takdirinde, pot valf diye adlandmlan, farkh bir valf kullamhr. 3-30. D1~ u~tan salmasnralanm•~ pompalar. Sekil 3-23 a ve b d1§ ugtan salrnastiralanmi§ <;ift silindirli ve pot valfh bir planjor pompay1 gostermektedir. Bu durumda su silindiri bir bOlme ile iki k1sma U}Tllmi§ olup, planjor de iki parqad1r. Planjoriin sol yarJsi A, dogrudan dogruya piston koluna B baglanmi§" t1r. Sag yans1 C ise, diger uqtan bir boyunduruk ve baglanti qubugu E ile hareket ettirilir. Salmasttra bak1mmm kolay olmas1 sebebi ile bu tip pompalar, yliksek basmglar i<;in daha uygundur. Bununla beraber yiiksek basm<;, kanath valflar1n kullamlmasnu onler. Bundan dolay1 bu tip pompalarda pot valflar kullamhr. $emalanndan bunlann yap1h§lanm kolayhkla gormek mlimklindiir. Her ;alf ayn bir silindirik dokiim govdeye sahip olup, bunlar istenildigi kadar ag1r yapi!abilir vc bu sebeple de yiiksek basm<;lara dayamr.
105
104 Pot valflann yiiksek basmQh yerlerde kullamlmalan sebebi ile, sert Iilstikten yapllmi§ diskler uygun degillerdir. Bunun iQin pot valflarda metal diskler kullamhr. Son derece yiiksek basmQiarda veya viskozitesi yiiksek siviiar takdirinde, metal diskler dahi yeterli saglamhkta olamayacaklanndan bunlarm yerine metal bilyalar kullamhr.
3-31. Dupleks pompalar. Sekil 3-23'deki pompa iki su silindirine sahiptir ve dupleks pompa diye adlandlflhr. Bu, onemle iizerinde durulmay1 gerektirecek bir pompad1r. Sekil 3-2l'de goriilen pampa, simpleks bir pompad1r, Qiinkii bir su bir de buhar silindirine sahiptir. Dupleks pompalar, aym govde i9erisinde yanyana geli§tirilmi§ iki simpleks pampa gibi dii§iiniilebilirler. Bun- · lardan birinin buhar valfi, digerininkini harekete getirir. Bu ~ekildeki bir pornBuhar
Ekzoz
$ekil 3 ~ 23 a. Dupleks, dt~ u~tan salmastiralanmt$, planjOr pompa (dii$CY. kesit).
Sekil 3-24. Dupleks pompanm buhar ucu: A, J, piston c;ubuklan; B, K, piston c;ubuklannm mafsallan; C, L ~sahncak kollan; D, M, salmcak milleri; E, N, ktsa salmcak kollan; 0, F, valf ba!Uanti c;ubuklan; G, valf gOvdesi; P, boyunduruk gOvdesi.
pamn buhar ucu, §ekil 3-24'de giisterilmektedir. Piston kolu A bir piston mafsahm ta§n· ve bu mafsal C kolunu, D salmcak milini, E kolunu, F bagbnti kolunu ve G valf Qubugunu harekete getirir. Bu 9ubuk tarafmdan Qah§tinlan valf, piston Qnbugunu ] harekete getiren buhan kontrol eder. Aym §ekilde piston Qnbugu ], pompamn diger tarafmdaki K, L, M, N ve 0 parQalan yarchm1 ile valfi Qah§tmr. Bubar ve su silindirleri ayn ayn govdelerde yer almi§ olup, bir boyundnruk P yardimi ile birbirlerine baglanmi§Iardu·.
Sekil 3-23 b. Dupleks, dt!;> Ul,(tan salmastralanmt$ planjOr pompa (yatay kesit). A, C, su planjOrleri; B, piston kolu; p, boyunduruklar; E, ba~lantl !tUbuklan.
3-32. Kuvvet pompalan. Piston ve planjor pompalar, genellikle aym piston Qnbngunun iki zit ucunda bir su ve bir de buhar silindiri ihtiva etmekte olnp, dogrndan dogruya buhar basmc1 ile Qah§maktadirlar. Buna liiznm yoktur, Qiinku kuvvetin herhangi bir §ekli, piston 9ubugunun Qah§tinlmasmda kullam-
106
107
labilir. Genellikle, buhar basmcmdan ba~ka bir kuvvetle c;ah~tmlan pistonlu pompalara, kuovet pompalar1 ad1 verilir. Bunlarda piston, diinen bit krank miline baglannu~tn. Bir elektrik motorunun veya hareket saglayan diger bir cihazm esas miline, krank mili rediiksiyon di§lileri ile baglanmt§hr.
3-33. Diyaframh pompalar. Sekil 3-26'cla bir diyaframh pampa gosterilmektedir. Gec;ici ve kaba i§lerde kullamlan en ucuz pompadn·. Bunurua beraber, fazla miktarda suspensiyon halinde· kah maddeler ihtiva eden sivilar ic;in, kimya miihenclisligi yoniinden, en uygun pompadn. Bundan ba§ka, basma debisinin ayarlanmasma imk:ln verir. Bir piston veya planjOriin yerini esllek bir
Sekil 3- 26. Diyaframh pampa: A, diyafram B, basma valft; C, emme valft.
Sekil 3- 25. Dii~ey pistonlu, tek hareketli, tripleks bir kuvvet pompas1.
Piston bir krank mili tarafmdan c;ah§tm!digi takdirde, birkac; su silindiri paralel olarak bu mile baglanabilir ve pistonlar, milin muhtelif noktalanna yerle§tirilir. Bu suretle, pompa t;Iki§I daha muntazam olur ve vuruntusuz bir ak1m elde olunur. Bu aym zamanda silindirlerin daha ufak olabilecegi ve (yiiksek basmc;lar ic;in) daha kolay yapi!abilecegi anlamma gelir. Bu tip pompalann en c;ok kullamlan §ekli dii§ey pistonlu, tek hareketli, tripleks kuvvet pompas1 olup, §ekil 3-25'de gosterilmektedir. Emme ve basma valflan giisterilen iic; silindir yanyana Siralanmt§ olup; bunlann pistonlan, krank miline 120° derece fark ile baglanmi§lardir. Yukanda ac;Ik!amasi yapilan pampa, tek hareketli adm1 ahr, c;iinkii sadece ileri harekette basar. Her bir planjor It;m sadece iki valfa ihtiyac; vard1r. Dii§ey pistonlu, tripleks pompalarm mut" !aka tek hareketli olmas1 gerekmez, fakat c;ogu zaman bu §ekilde yapiln-!ar.'
diyafram A almi§ olup, merkezde kipak ~eklinde bir basma valfi B bulunur. Aynca emme valfi da C vard1r. Valf ve esnek diyafram cli~mda hie; bir hareketli parc;as1 yoktur. Bu sebeple, yap1h~1 basil ve kaba olup, tamiri kolaydn. C:ok kotii ~artlar altmda bile c;ah§Ir. Diyafram ayarlanabilen bir eksantrik ile c;ah 0tmlacak olursa, pampa hareketi degi 0tirilebilir ve basma kesin limitler arasmda kontrol altma almabilir. 3-34. Pistonlu ve planjorlii pompa teorisi.. Pistonlu buhar pompalanmn projelendirilmelerinde, iki nokta en c;ok iinemi haizclir. Bunlardan birincisi istenilen miktarda basma meydana getirebilecek su silindirinin biiyiikliigii, ikincisi ise istenilen basmci meydana getirebilecek buhar silinclirinin biiyiikliigiidiir. Pompalarm mekanik projelendirilmesine ait teferruath bilgiler, kitabimtzm konusu cli§mdadJr. Pistonln buhar pompalan, buhar ve su silindirlerinin c;aplan, piston yo]u, nun uzunlugu ile karakterize edilirler. Ornegin, 20 X 15 X 25 cliye karakterize edilen bir pompanm buhar silindirinin c;ap1 20 em, su silindirinin c;ap1 15 em
109
108 ve piston yolunun uzunlugu 25 em dir. Piston yolu 25 cm'dcn az alan pompalarm vuru§ sayrsr, dakikada lOO'den fazla olmamahdrr. Giinkii, bunuu iistiindeki degerler, valflarda ve valf yaylannda a§mma yapar. Piston yolu 25 em' den az olan pompalar takdirinde genellikle, piston luzr olarak 15 ila 27 m/dakika'hk h~z kullamhr. Gift hareketli bir pompanm teorik bo~altrm clebisi (m'/dakika), p1ston hiZl (m/dakika) ile piston alamnm (m") qarprmma e§ittir. Tek hareketli bir pompamn teorik bo§altma debisi, bunun yans1 kadar olaeaktrr. Bu teorik. ba§altrm clebisine hi<; bir zaman eri§ilemez. Kusurlu salmastrralamaclan ve pis- . ton kaymasmdan ileri gelen kayrplar, ka<;ak yapan ve zamamnda kapanmayan valflar, pompalarm teorik bo§alllm clebilerinin ancak %50 ilil 90'r kaclar bo§altma yapabilmelerine sebep olurlar. Bu yiizde, genellikle wlumetl'ik verim (mndrman) veya sn ucu verimi cliye adlanclmhr. Dii§iik verim kusurlu salmasllralanmi~, luzh <;ah§an pompalara; yiiksek verim ise yava§ <;ah§an, salmasllra ve valf!an iyi durumda olan. pompalara aittir. %75 verim iyi bir verim olarak kabul edilir ve hesaplamalarda goz online ahmr.
Bubar basmcr (kgr/m") buhar pistonnnun yiizeyi .(m2 ) ile qarpiichgi zaman pist~n qubnguna tesir eden tiim kuvvet kgr(kuvvet) bulunur. Pompa, siirtiinITJesiz <;ah§an miikemmel bir makina ise, bu aym zamanda sn pistonuna iletilen tum. kuvvettir. Kuvvetin tum clegeri su pistonunun alanma boliindiigii takdirde, teonk maksimum sn ucn basmci (kgr/m") bulunur. Bu §artlar altmda buhar pistonundaki tiim knvvet, tamamen sn pistonundaki tiim knv~·ete e~ittir ve bu sebeple, pistonlar sabit kahr. Srvry1 harekete getirmek ve pompadaki siirtiinmeleri yenmek i<;in, buhar pistonu tizerindeki tii.m kuvvet, su pistonu iizerindekinden biiyiik olmahclrr. Buhar pistonn iizerindeki teorik basmcm ihtiyaQ dnyulan basmca oram, buhar ucu veya basm9 verimi diye adlandrnhr ve %60 ilil 80 arasmda degi~ir. Pompa hareketinin ha§mda pistonlu pompamn basma debisi, srfrrdrr ve piston, tam luzma ula~mcaya kadar maksimnm degere yiikselir. Tek silindirli ve <;ift hareketli bir pompanm basmas1 §ekil 3-27'deki egri ile giisterilmi~tir. Vuruntulan ve buna bagh olarak meydana gelecek kayrplan ortadan kalchrmak igin genellikle, dupleks pompa kullamlmas1 tavsiye olunur. Giinkii, bu takdirde bo~alma egrisi, ~ekil 3-27'de giisterildigi gibi, birbirlerinden yanm hareket farkh iki egrinin toplam1 olur. Silindir saylSl arthk9a bu egri diizle§ir. Tripleks bir pompadan teorik bo~alllm, §ekil 3-28'de bir ornek olmak iizere gi:isterilmektedir. Yiiksek basmgta pompalama takdirinde darbe ve vuruntu tehlikesi artar. Bu sebeple, yiiksek basin9 halinde tripleks pompalar, simpleks veya dupleks pompalardan daha uygundur. Gok yiiksek basmgta akrm temin eden pompalar gogu zaman tek bir krank miline baglanmi§ be~ silindir ihtiva ederler ve bu suretle daha muntazam bir bo~altim egrisi verirler. ~ekil 3-2l'de giisterilen pompa, su ucunda biiyiik bir hava odas1 ihtiva eder. Bu ada, §ekil 3-27'de giisterilen dal-
galanmalan mrmmum bir miktara indirir. Su pistonu, luzlandrgi zaman hava bastmhr ve yava§ladigi zaman geni~ler. Bilhassa, basma borusu uztm oldugu zaman, pompamn em me klsmma da bir hava odas1 konulur.
E:i!!~·.·
~~ ' CDCJ ~----------~~--~~----------------~~
Zaman ----->
$ekil 3 27 Tek silindirli, c;ift hareketli bir pompanm bo~alttm egrisi. R
$ekil 3 -,28. Tek hareketli, tripleks bir pompanm
bo~altlm
1!grisi.
3-35. Doner pompalar. Pompalama konusu ve cihazlar, son otuz yrl igerisinde biiyiik bir geli~me gostermi§ ve doner pompalar, pi;tonlu pompalarm yerini almaya ba§lamr~trr. Aynca bugiin pistonlu pompalar kadar clegi§ik tipte doner pampa mevcnttur. Done1 pompalan, cli§li pompalar ve santrifiij pompalar diye bir srmflandrrmaya tftbi tutmak miimkiindiir. Santrifiij pompalar, aynca helezonl (salyangoz) ve tiirbin pompalar diye bir alt srmflandumaya tabi tutulurlar. Santrifiij pompalar, bir de tek veya <;ok kademeli; a<;Ik veya kapah kanath; tek veya gift emmcli cliye srmflandmlabilirler. Bunlardan son dort tipi koordine (teorik olarak herhangi bir §ekilde tertiplemek) etmek miimkiindiir. 3-36. Doner, di~li pompalar. Doner pompalann bir tipi de di§li pampa adm1 ahr ve ~ekil 3-29'da gosterilmektedir. Bu pampa esas itibariyle birbirine tam uyan, birbirleri ve pampa ig yiizeyi ile yakm temasta bulunan iki di~liden ibarettir. S1vr, di§lilerin di~leri ve pampa ig yiizeyi tarafmdan tutulur, i9 yiizey boyunca ta§Imr ve pompanm basma borusundan di§Ufl grkmaya zorlamr. Bu tip pompalar, viskoz ve ~g1r siVrlarla gah§abilir, gok yiiksek basm<; temin eder, dalgalanmalar pek azdrr ve basma basmcma tabi degildirler. Di§ say1sr iki veya ii<;ten ba§lamak iizere, §ekil 3-29'da gosterildigi gibi, pek gok sayrda olabilir. 1ki veya ii<; Sekil 3. 29. Di!li pompa.
110
111
di§li ~ompalar, genellikle sikloidal pompalar diye adlandmhr. Gazlarm ta§mmast 19m kullamlan bir sikloidal pampa, klSlm 3-49'da ve §ekil 3-46'da gosterilmi§ir.
gruba aynhrlar. Bunlardan birine helezoni (salyangoz) pampa digerine ise tiirbin pampa adt verilir.
Di§li pompalardan ·ha§ka pek gok saytda ve degi§ik yapth§larda doner pompalar vard1r. Degi§iklik, sadece projelerindedir ve burada bahsedilmeye deg, mezler. Biitiin doner pompalann iyi bir §ekilde gah§malan, diiner parQalarm bir~i.rlerine ve pampa ig yiizeyine tam bir uygunluk giistermelerine til.bi oldugu IQm, suspens1yon halmde kati parQaciklar ihtiva eden stvilar takdirinde kulla, mlmalan dogru degildir. Sikloidal veya: di§li pompalar birQok stvi!ar igin kullamlmakla beraber, gene! olarak viskoz stvi!ar ve oldukQa ktvamh Qamurlarla da ~ah§Irlar. HJZJ .Qok yiiksek olmadigt takdirde yan ala§kanlar, mumlar ve bunlara benzer maddeler de bu pompalarla iyi sonug verir>ler. Pompamn gah§masi esnasmda basma val£1 kapati!acak olursa, meydana gelecek basm 9 ya pompamn Qah§masmt durdurur veya kmlmasma sebep olur. Bu pompalann basrna debileri, diiner klSlmlarm ve pampa i9 yiizeyinin birbirlerine iyi bir §ekilde uymalanna ve diiner klSlralann luzlanna tabidir. Doner pompalar ile santrifiij pompalar arasmdaki farkm en onemli olamm bu iki husus te§kil eder.
3-38. Helezoni pompalar. Santrifiij pompalarm en basiti tek kademeli, tek emmeli, ag1k kanath helezoni pampa olup, §ekil 3-30'da giisterilmektedir. Santrifiij pompamn en onemli par9'as1 kanatlandn·. Bu pompalar esas itibariyle, bir gobekten B gtkan bir seri egri kanatlara sahiptirler. Agtk ve tek emmeli, en basil bir kana! tipi §ekil 3-31a'da gosterilmektedir. Bu, §ekil 3,SO'daki pompanm govdesi igerisine C, miimkiin olabilecek en uygun temas temin edilerek yerle§tirilir. Emme kismma giren su, kanatlarm donmesi ile kenara dogru itilir. SIVt, kanatlan terk edip helezoni ktsma D girer girmez, h121 azahr. Buna kar§Ihk Bernoulli teoremine gore basmg artar ve pompada bir basm9 yiikiiniin dogmasma sebep olur. Biitiin santrifiij pompalar igerisinde ag1k kanath, tek emmeli pompalar en ucuz olanlardir. Bu tip pompalarda ba§hca iki onemli kuvvet kaybt vard1r. Bunlardan birincisi, kanatlar tarafmda-;., kenara dogru itilen suyun helezoni kisma girerken, birdenbire yon degi§tirmesidir. SJVI aktm yoniiniin birdenbire de-
'
3-37. Santril'iij pompalar. Bugiin i9in santrifiij pompalar stmfi en onemli pampa tipi durumundachr. Bu Simf, pratikte hemen hemen her ih~iyacJ kar§IIayacak bir geli§me noktasma ula§mi§l!r. Santrifiij pompalar, ba§hca iki
a
b
$ekil 3 ~ 31. Pompa kanatlan: (a) a~tk kanatlar (b) kapalt kanatlar.
Sek.il 3 - 30. Tek kademeli, tek emmeli, ag1k kanatlt helezoni bir pompa: A, kanat; B, kanat gObe&i; C, gOvde; D, basma helezonu.
gi§mesi, tiirbiilanslarm meydana gelmesine ve bunlar da siirtiinmeden dogan kuvvet kaybma sebep olurlar. !kincisi ise, bunlar ucuz olduklarmdan iyi bir i§· gilige sahip degillerdir. Kanatlarla pampa ig yiizeyi arasmdaki uygunluk, 90gu zaman iyi degildir ve bu sebeple, emme ile basma arasmda stvmm geri stzdtgJ. goriiliir. Ernme ile basma arasmda meydana gelen bu kagagm onlenmesi i9in, §ekil 3-3lb'de gosterilen kapah kanatlar geli§tirilmi§tir. Bu durumda kanatlar, ·;ki metal levha arasma kapati!mi§ bulunmaktadtr. Geri s1zmamn tamamen on• lenebilmesi i9in kanatlarm eli§ 9evresi ile helezon giri§i veya kanatlarm gobegi ile buna tekabiil eden pampa govdesi arasmda iyi bir temas v~ uygmaluk temin edilmelidir. Bu husus, degi§tirilebilir goraleklerle temin edilebilir ve bu suretle kagaklar minimum bir hadde indirilir.
112 113 ~ekil 3-30'da giisterilen boyle bir pompada stvt, dengelenmemi§ bir hidrolik basmcm meydana gelmesine ve bu da, kanatlarm §aftdan aynlmalanna sebep olur. Bunun bir sonucu olarak da mil yataklan iizerinde bir zorlanma meydana gelir. Bu zorlama)~ ortadan kaldtrmak iQin Qift emmeli kana! yapi!nu§tir. Bu, esas itibariyle §ekil 3-Slb'de giisterilen tipte iki kapah kanadm arka arkaya yerle§tirilmesi ve bir giivde i~eri~inde yer almasmdan ibarettir. Sekil 3-32'de ~ift em!"eli, kapah kanath, helezoni bir pampa giisterilmektedir. Bu §ekle bakttgh nuz zaman liizumlu noktalara yerle§tirilmi§, deli;i§tirilebilir bilezikleri kolayca giirmek ve geri stzmayt nasi! iinleyeceklerini anlamak miimkiindiir. Bu tip pompalar, §ekil 3-30'da giisterilene nisbetle mil yataklarmda ~ok daha az zorlanmaya sebep olurlar. Helezoni pompalann ~ogu Qift emmeli kapah kanatluhr. Bu pompalar §ekil 3-30'da giisterilenden ~ok daha kullam§h olmakla beraber, onlardan daha pahahdtr.
3-39. Turbin pompalar. Helezoni pompalarla ilgili a~tklamalan yaparken esas enerji kaybmm (kanatlar sebebi ile), radyal aktmm tegetsel aktm §€kline diinii§iimii esnasmda dogan tiirbiilanslardan ileri geldigi bildirilmi§tir. Bir Simf te')kil eden ttirbin pompalar, aktmm yiin degi§tirmesi olaymm diizgiin,
Sekil 3 - 32. Tek kademeli, ~Zift emmeli, kapah kanath. helezoni bir pompa.
Santrifiij bir pompanm emme ucu atmosfer basmcmdan daha az bir basm<; altmda ise, salmastua kutulart yolu ile pampa i~erisine hava girer ve bu da, pompanm bo§alttmtm iinemli derecede azalttr veya tamamen durdurabilir. Brmu iinlemek igin yiiksek kaliteye sahip santrifiij P,mpalara, basma basmct altmda bulunan ve az miktarda stvt ihtiva eden stzdumazhk odactklan ilave olunur.
$ekil 3-33. Tek kademeli, tek emmeli tiirbin pompa: A, difiizyon bileziii; -B, difiizyon bilezijj:i yollan; C, kanatlar; D, b0$altma helezonu; E. dengeleme yo1lan; F, itme mi1i yata~1; G, SlZdtrmazhk borulan; H, s1Zd1rmazhk bilezigi.
!.
Catalta~
-
Kimya Miihendislijj:ine
Giri~
F. 8
114 herhangi bir darbe veya tiirbiiH\ns meydana gelmeden olmas1m temin eden difiizyon bilezigine sahiptirler. Sekil :t33'de tek kademeli bir tiirbin pompa gosterilmektedir. Bu §ekildeki difiizyon bilezigi A muhtelif say1da geQitlere B sahip olup, bu geQitlerin kesit ve yonii yava§ yava§ degi§ir. ·Bu suretle, kanatlarm ucunu C terk eden siVI,. bu geQitlere girer,. yava§ yava§ yon degi§tirir ve bundan soma basma helezonuna D vanr. Difiizyon bilezigi sabittir. Pompamn gene! yap1h§l ve kanatlarm §ekli aynen kendisine tekabiil eden helezonl porn, palara benzer. Turbin pompalarm kanatlan genellikle, tek emmeli kanatlard1r. Daha once aQik!andigi gibi bu, §aft iizerinde bir zorlamaya sebep olur. Sekil 3-33'de gosterilen pompa i9in bu sakmca, kanatlar iizerindeki delikler E yardnn.~ ile Ius: m~n onlenebilir. Boylece kanatlar arkasmdaki hidrolik basmQ, kanatlar onundeki basm 9Ia k1smen dengelenir. Zorlamamn geri kalan kisnn gemi-tipi mil yatag1 F tarafmdan kar§Ilamr. S1zdnmazhk borusu G ve sizd1rmazhk bilezigi H de §ekilden goriilmektedir.
115 bir tiirbin pompa gosterilmektedir. Sekil 3-34'de birinci kademe kanat ve difiizyon bilezigi ile birlikte; ikinci kademe kanad1 yiikselmi:;, difiizyon bilezigi yerinde; iiQiincti kademe diftizyon bilezigi ytikselmi§ halde gosterilmektedir. Bu pompamn kisimlan iQin de §ekil 3-33'dekine benzer harfler kullamlml§tlr. Bu tip pompdlar, genellikle pahahd1r ve aynca her cins metalden yap1lmalan da mtimktin degildir. Bumm bir sonucu olarak, olduk<;a ytiksek basm<;larda korrosif SIVIlarm la§mmas1 gerektigi takdirde bir tip pistonlu pompa; berrak, viskozitesi dti§tik ve korrosif olmayan s1vdar takdirinde ise ttirbin pompa kullamlmalidlr. 3-4(). Kendiligmden harekete hliZir pompalar. Santriftij pompalann onemli salnncalarmdan bir~ basm9 meydana getirecek bir s1vmm ataletine tll.bi olmasidir. Kanat arahklanna hava girdigi takdirde pompanm basacag1 ytiksekligin degeri (m hava ytiksekligi olarak), SIVI girdigi zamanki deger ile (m SIVI yiiksekligi olara\c) kar§ila§tmlabilir. Fakat hava ytiksekligine tekabiil eden ba-
Tek bir kanat ile eri§ilmesi pratik bakimdan miimkii11, maksimum yiikseklik 75 iii\ 90 m kadard1r. Bundan daha biiyiik yiikseklik istenildigi takdirde, iki veya daha fazla kanat seri halinde yer almahd1r. Helezonl bir pompada kaylplar onemli derecede oldugu ve bir kanadm bast1g1 SIVI diger kanadm emme kismma girdigi takdirde, pompamn tiim verimi oldukga dii§iik olur. Bu sebeple, 90k kademeli pompalar pek yaygm degillerdir. Bunun yanmda tiirbinli pompanm kanat ucunu terk eden sivmm, minimum bir kay1pla diger kanada girmesini temin eden tedbir almm1§ ve boylelikle, Qok kademeli bir pompa ile olduk9a tatminki\r verim elde olunmu§tur. l;ekil 3-34'de 90 iii\ 300m yiikseklige basabilecek
$ekil 3- 35. Kendisini harekete hazulayan LaBour pompas1: A, geri dOnii$ yolu; B, bo$altma yolu; C, ayuma odas1; D, emme odas1; E, stizge~.
~ekil 3 ~ 34. 0.; kademeli, tek emi$li tiirbin pompa: A, diiiizyon bilezikleri; B, diflizyon hi· , lezigi yollan; C, kanatlar; D, basma helezonu; E, dengeleme yollan; F, mil yata~1; G, S:[Z. dumazhk borulan; H, stzdtrmazhk bileziAi.
smQ, SIVI ytiksekligine nisbetle <;ok ufakhr. Bu sebeple, pompamn SIVI ta§1mas1 hemen hemen durur. Buna hava tutma ad1 verilir. Bu sakmcayi ortadan kaldirmak maksad1 ile santrifiij pompalann emme borusunu ve govdesini s!Vl ile dolu lutan bir yard1mci cihaz pompaya baglamr. Bu husus,. emme borusuna bir cek val£ konularak da temin edilebilir ve bu suretle, pompanm Qah§tmlmas1 dur·
116
117
dugu zaman pompa giivdesi ve emme borusu igensindeki siVI bo~almamt~ olur. Diger bir metodda pompa igerisindeki havayt bo~altmak igin, el veya buhar ·jeti ile gah~an ufak bir ilk hareket pompas1 kullamhr. Santrifiij pompalan, emme ktsmi pozitif yiik a1tmda kalacak bir yere yerle~tirmek de bir giiziim yoludur. Bir klSlm pompalar ise hava tutmayacak §ekilde yaptlmi§Iardu. Bunlardan biri La Bour pompas1 admt ahr ve §ekil 3-35'de giisterilmektedir. Kanat, her zaman kar§lb§Iimayan bir yapiii§ta olup, bir helezon tarafmdan sanlmaml§tlr. Stvi pervane kanatlan arasmda tutulduktan sonra A ve B basma yollan ile dt§arl atihr. Bo§altma yolu A, C aytrma adast ile baglanllhdtr. Pompa igerisinde hava bulundugu takdirde bu, ayuma odasma geger ve buradan dt§ari atihr. Bu hava ile birlikte siiriiklenen stvt, donii§ yolu ile pampa govdesine gelir. Pompa govdesi tamamen havadan kurtanhnca, iki gtki§ yolundaki basm9 hemen hemen· e§it duruma geger ve aytrma tankmdan stvmm geri gelmesi Qak azahr. Emme ktsmmdaki kap D, pompamn durmast halinde geri gelen SIVIYI alacak kapasitede olup, stvmm emme yolu ile kaybma engelalur. Bu kabda aynca bir siizgeg E bulunmaktadu.
3·41. Santrifiij pompanm ~aiJllma ~ekli. Sekil 3-36'da okla belirtilen yonde donen bir pervane kanadt B, gosterilmektedir. Kanat ucunu terk eden bir su dam!aCigt teget olarak bir U hlZl ile hareket eder ve bu, dogrudan dogruya kanadm kendi hiZmdan ileri gelir. Diger taw v raftan, santrifiij kuvvet tesiri ile stvmm kanat yiizeyi iizerinde kaymasmdan ileri gelen ve kanat ucuna paralel bir yonde hareket eden W lnZina sahip bir ba§ka kuvvet daha vardir. Bu iki h1zm bile§kesi olan V'nin yon ve degeri, U ve W'nun relatif mikdarlarma Uibidir. Stvl aktmmm kesit alam, pompamn helezoni ktsnnnda pervane ktsmma nisbetle daha biiyiiktiir. ldeal, siirtiinmesiz bir pampa takdirinde §ekil 3-36'da gosterilen V hlZlmn, sahip oldugu degerden helezan1 bsnndaki de$ekil 3-36. Santrifiij pompa kagere dii§mesi, Bernoulli e§itligine gore, bir banatlail lizerindeki kuvvetler. smc artmas1 §eklinde ortaya gtkar. Bu, santrifiij pampamn basma basmcmm meydana geli§ sebebidir. Kanadm lnz1 N 1 (donii§/dakika) degerinden N, degerine artmlacak alursa, basma debisi (Q) igin a§ag1daki bagmll yaZI!abilir:
Q, Q,
=
N, N,
Bu takdirde meydana gelecek basma yiiksekligi (H), basma debisinin karesi ile aranllhdtr
H1 H,
N 12
Q,' =
CN
=
fv/
(3-3)
Liizurnlu kuvvet (W), H ve Q'nun Qarptmmdan 'ibaret aldugu iQin, N'nin kiipii ile aranti!tdtr.
(3-4) Bu bagmti!ar, santrifiij pampalann 9ah§malanna ait aldukQa yakla§Ik bilgiler verirler. 5ekil 3-36'da giisterilen basmQ yiikiiniin (V h1zmdan dagan) helezani ktSimdaki basm~ yiikiine diinii§mesi, kanatlarm agtlarma, kanatlarm dt§ u~la nmn hlZlna, muhtelif siirtiinme ve ka~ak kaytplarma ve viskazite degi§imine t&bidir. Biitiin bu faktiirlerin kar§thkh tesirierini matematik olarak artaya koymak miimkiin degildir. Bunlar, dogrudan dagruya deneyle bulunurlar. Meydana gelebi!ecek muhtelif kaytplan, §u §ekilde bir stmflamaya tabi tutmak miimkiindiir. 1. Mekanik kaytplar. Bunlar mil yataklarmdaki, salmasttra kutularmdaki ve bunlar; benzer yerlerdeki kaytplardtr.
2. Kw;ak katjtplart. Kanat uglannda, kanatlarla "pampa iQ govdesi arasmdaki klSlmda ve emme ktsmmda meydana gelen kaytplardn. Bu tip kayiplar a91k kanath pompalarda en fazlad1r. Siirtiinme salmastirasi eskidigi zaman, kapah kanath pampalarda da kaQak kay1plan artar. 3. Sirkiildsyon .kaytplan. Birbirine korrt§U iki pervane kanad1 arasmdaki klSimda s1v1 aktm htzi, muntazam degildir. Kanadm ktlavuzlayan yiizeyine kam§U SIVI htzi, onu takip eden kanadm i~eri giiGiik yiizeyine kam§U SIVI htzmdan daha azd1r. Htzlar arasmdaki bu fark kanatlar arasmdaki klSimda SIVI dola§Imt meydana gelmesine sebep alur ve bu, kuvvet sarfma yo! aQar. Bu sakmca, birb!rine kom§u kanatlar arasmdaki aQtkhgi azaltmakla minimum bir hadde dii§iiriilebilir. Fakat bu da pompamn maliyet fiatmm ve siirtiinme kaytplanmn artmasma sebep olur. 4. Hidrolik kaytplar. Bu, SIVI ile pampa iQ yiizeyi arasmda, SIVI ile kanat yiizeyleri arasmda meydana gelen siirttinme kay1planm, ani yOn ve kesit degi§tirme kaytplanm kapsamma ahr. Sekil 3-37'de biitiin bu kay1plann pampamn beygir giicii iizerindeki tesirieri giisterilmektedir. Net faydalamlan kuvvet, akan akt§kana pampa tarafmdan kattlan enerjidir. Pompamn kullanma yeri
119
118 ve kapasitesi di§mda, hidrolik kay1plara bir klSlm sirkiilasyon kay1plan da dahildir. Bu kay1plarm hi9 biri, teorik hesaplamalarda gi:iz online ahnmazlar. Bu husus, sadece yukanda a9Iklamalan yap1lan faktorleri kapsamapp, viskozitenin tesirini de kapsamma almaktadir.
yiiksek yiiklii bir pompay1 gostermektedir. Pompa proje miihendislerinin Gah§malan, genellikle hem yiik ve hem de verim egrilerini miimkiin oldugu kadar diiz yapmaya 9ah§mak §eklindedir. Santrifiij pompalar, genellikle maksimum verim altmdaki basma yiikseklikleri (yiikleri) ve kapasiteleii goz online almarak derecelendirilirler. Bir santrifiij pompamn biiyiik\iigii, genellikle basma borusunun qap1 ile belirtilir.
..
15
-12
.:<:
•::J
>-g
r'
L
~
6
""0
3
80
~ '-
Hidrostatik?.ik 1
1
~
IA-ve rrm
/
0
:r:
I
1750 RPM
E
...
-
v
-i ~····· eygrr gucu !
~ 1--1-
60
'
E
_L
60
120
180
0,8 i:;'
20
0,4
30~
240
·en
w-= -J;.
CD
0
Bosalrm, lt(dakika Sekil 3 - 38. Algak yiiklli bir santriflij pompanm karakteristik egrileri.
---,. 0
100
HidroJtat\k yi..ik venQl-J:
120
Kapasite, normalin yuzdes·r olarak Sekil 3- )7. Santriflij pompada meydana gelen kaytplar: 1. mekanik kaytplar; 2. kagak kayiplan; 3. sirkiilasyon kay1plan; 4. hidrolik kaytplar. (Courtesy Stcponoff, a;Centrifugal and Axial Flow Pums, • Jolm Wiley and Sons, Inc., sahife 209).
3-42. Karakteristik egnlcr. Bir santrifiij tulumbanm 9ah§ma durumu, karakteristik egriler diye adlandmlan egriler yardimi ile en iyi §ekilde U9Iklanebilir. Bunlar sadece su i9in verilmi§ olup, pompa imalftt9ilan tarafmdan yaymlamrlar. Sabit luza ait iki ornek §ekil 3-38 ve 3-39'da gi:isterilmektedir. Sekil 3-38 dii§iik lnzla 9ah§an al9ak yiiklii bir pompay1, §ekil 3-39 ise yiiksek h1zla 9ah§an
"iii t; 24
...0 v, ]? :':' 12
:r:
0
vv
----
::c
3600 R. PM.
!"---...
---<~ygir guci..i
80
8,0
6,0
60
E
-~.
24 0 360 480 Bosalrm, lt/dakika
u
•:;:J CJ") CJ")
>
120
'::J
40 ~ 4,0 i:;' 20
1/
0
-1.
I
600
0
CD
2,0 0
Sekil 3- 39. Yiiksek yiiklli bir santrifiij pompanm karakteristik e£rileri.
120
121
Pompa 9ah~ma lnzmm pompanm Gah~ma durumu iizerindeki tesiri, ~ekil 3-40'da ciQ degi§ik h1z iGill gosterilmektedir. Kisim 3-4l'de aQiklamalan yap1lan , sebeplerden dolay1 muhtelif luzlarda Gah§an pompalann 9ah§ma durumlan, h•zlarla orantih basma debileri ele ahnarak kar§Ila§tmlabilir. Ornegin, 1150
24 22 20 ......... 18
--...... ..........
~
14 rEJ2 -"'
'::J10 >, ~
....,"' 8 0 I-
6
-- -
-
I'
<50 RPM
....
0
E 16 3~;.
''
_14 "" -"' 12 -~ ~10 ,,..,.,
\ I I
•
0"' 86 I- L. 2 0
I
I I
I I
•
I
'• I I I
100
200
Sekil 3 - 40. Santriftij pompa
300 lt/dakika
cah~mastna
Basma debisi m"/dakika
40 0
1150 1450 1750
0,151 0,190 0,230
okunan
gercek yiik, m
8,8 12,9 19,2
'/'/
~--~·~I>) \
"""
ClhM't
~
'"'""'
r---
~
...
"'§ ~~ ~
'
:--, II'
"'
50 100 150 200 250 300 lt/dakika
375
500
(performansma) h!Ztn tesiri.
E~rilerden
r-:;f--
Sekil 3-41. Santrifiij pompalann ~all~ma du"rumlanna pervane c;:apmm tesiri.
diinii~/dakika luzda, basma debisi 0,151 m• /dakika olan durum mukayese 19111 ahnmakta ise, 1450 diinii§/dakika'daki pompa basma debisi (0,151)(1450)/1150 veya 0,190 m' /dakika ve aym §ekilde 1750 diinii§/dakika'daki basma debisi ise 0,230 m3 /dakika'd1r. Bn degerler kullamlarak a~ag1daki kar§IIa§tirma yapi!abilir.
Htz Donli!/dakika
~~ .9".h.,- ~ .
JJL.L
0
I I I
2 0
" ,,
f'... ~150RPM
'·,
20 -)i. 18 J~
'"
I--
L.
Bu ka1 §da§tlrmalarda su veya viskozitesi suyun viskozitesine yakm s1vilar esas ahnn,aktadir. Viskozitenin tesiri iQin bu §ekilde bir kar§Ila~l!rma yap1lama;z. Belirli bir pompanm su ile Qah§masma ait karakteristik egri mevc~1t olsa dahi, pompa imilliltQISmm muhtelif viskozitedeki siVllar iGin benzer egriler elde elmeye Gah§maSI gereklidir.
Sekil 3-4l'de aym luzla Gah§an benzer pompalann permne Qaplarmm tesiri giisterilmektedir .
~750RPM
15
l':ullamlan kuvvet ile ilgili egriler §ekil 3-40'da gosterilmemektedir, fakat daha evvd aQiklandigi gibi kuvvet, h1zm ktipti ile oranllhd1r.
H1z esas altnarnk he-
saplanan yiik, m
14.0 20,4
Bir santrifiij pompanm basma yiiksekligi, daha ziyade pervane aQJian Ye kana! UGlarmm h1zla'n ile; basma debisi ise, geQitlerin (slVInm gegtigi) kesit alam ile belirtilmektedir. Bu sebeple, basma yiiksekligi fazla fakat basma debisi ufak olan santrifiij pompalarm pervane Qaplan biiyiik ve yanklan dar; basma yiiksekligi az fakat basma debileri biiyiik olanlarm ise, pervane <;aplan ufak ve yanklan ise geni~tir. 3·43.
Kavitasyon.
SlVI, bir santrifiij pompa kanadmm oyuguna girdigi
zaman, hrz1 artar ve bu sebeple (Bernoulli teoremine gOre) statik basmc1 aza-
hr. S1cak SI\'Ilar takdirinde ve dii§iik emme yiiksekligi gibi durumlarda bu azalma, stvmm buharla§masma sebep oiur. Buna kavitasyon adr verilir. Bazt Onemli duromlarda bu, pompamn buhar ile dolmasma ve kiSim 3-40'da hava tutmas1 ad1 ile inceledigimiz gibi, pompamn siVI basmasmm tamamen durmasma sebep olur. Pompa giivdesinin tamamen buharla dolmamas1 gibi, daha az on em ta§I,
122
123
yan hallerde. §U dnrumlarla kar§rla§rhr. (a) pompa kapasitesi siir'atle azahr ve (b) buhar habbeciklerinin birder,bire ortadan kalkmasr sonucu darbe meydana gelir. Habbeciklerin ortadan kalkr§I, bunlann hareketleri esnasmda yogunla§malanna sebep olabilecek yeterlikte bir basmca maruz kalmalarmdari _ileri gelir. Yukandaki sakmcalardan ilki biitiin santrifiij pompalarda giiriiliir. Ikincisi ise sadece dii§iik devirli pompalariGin iinemlidir. Bu ikinci durumun meydanagelmesi halinde kanatlarda onemli derecede 3§!llllla olur.
75 60 E 45 ~
'"' >- 30 15
-
-
I
I
..... ..._,
I.
~u
§ekilde
Basil bir santrifiij pampa, basil bir pistonlu pompadan daha ucnzdur.
Orta biiyiikliikte iyi bir santrifiij pompamn verimi, pistonlu pompanm \·erimine e~it veya ondan daha iyidir. :2.
Santrifiij pompalar darbe ve vuruntn olmaksJzin sabit basm~:ta bir srvr
aktmt meydana getirirler. 4.
Di~li ve kayr~a
ihti,·aq goslermeden dogrudan dogruya hareket moto-
runa baglanabilirler.
""'
r-
Emme yuksekligi 81m 7~ 6m. 500 1000 1500 2000 Ka.pa.s1te, ltjda.k1ka.
Sekil 3-42'de santrifiij pompanm kapasitesi iizerine kavitasyonun tesiri giisterilmektedir. Biiyiik emme yiikseklikleri (negatif emme basmcr) takdirinde kapasite dii§iikliigii beklenenden daha evvel kar§Imrza ~rkar. Pistonlu pompalar ile sautrifiij pompalanu kar~•la,hnlmasi. Piston-
In pompalann santrifiij pompalara olan iistiinliigiinii a§agrdaki §ekilde iizetlemek miimkiindiir: L lirler.
Santrifiij pompalann pistonlti pompalara olan iistiinliigiinii ise ozetlemek miimkiindiir:
.3.
Sekil 3-42. Emme yiiksekliginin kavitasyona tesiri.
3-44.
.5. Geni§ bir ba;ma debisi hudutlan iGerisinde hemen hemen sabit bir verimle ~ah§rrlar.
Pistonlu pompalar santrifiij pompalara nisbetle daha yiiksege basabi-
2. Aym kapasitedeki pistonlu pompanm maliyet fiatr, santrifiij pompadan daha azdrr.
3. Pistonlu pompalarda hava tutma olayr meydana gelmez. Emme yolu atmosfer basmcmdan az bir basmca sahip olsa bile, pompaya ilk hareketi vermek iGin ozel bir cihaza ihtiyaG yoktur. 4. Pistonlu pompalann kullanma alam ve i§e uyabilme kabiliyet~ santrifiij pompalara nisbetle daha iyidir.
5. Pompaya zarar vermeksizin basrna bornsu iizerindeki valflar tamamiyle kapatrlabilirler. 6. Suspensiyon halincle fazla mikdarda katr maddeler ihtiva eden s!Vllarla da ~·h~abilirler.
7.
Her cins, korrozyona mukavim malzemelerden yaprlabilirler.
8. Elektrik motoru ile Gah~tmlan santrifiij pompalara elektrigin baglanmasr, buharla 9ah§an pistonlu pompalara buhar baglanmasr ve kondensatJn toplanmasmdan daha basittir.
Yukanda yaprlan aGrklamalardan da kolayca goriilebilecegi gibi sonn<;, santrifiij pompalann lehinedir. Bu sebeple buharla Gah~an pistonlu pompalara endiistride daha az rastlamr. Buharla Gah§an pistonlu pompalar, genellikle a~a grdaki durumlarda kullamhr: 1. Elektrigi bulunmayan veya diger maksatlarla elektrige ihtiya9 giistermeyen, fakat buhar iiretmek iGin yakrtr bulunan, yerle§me bolgelerinden uzak yerlerde (Ornek: pompaj istasyonlan) ku!lamhrlar. 2. Kazan besleme pompalan. Kazanlann pek GOgu elektrik motoru ile qah§an, iizel yiiksek basmG pompalan ile beslenirler. Bazr yerlerde elektrik kesilmelerine kar~1 emniyet sebebi ile buharla 9ah~an kazan besleme pompalan da kullamhr.
3. Buhar kazamna sahip olan fakat elektrigi pek bol olmayan fabrikalarda knllanrlrrlaf. Bu gibi yerlerde pompayr terk eden buhar rsrtmaya sarf olunur. Gazlann ta~mmas1. Gazlann bir yerden diger bir yere hareketini saglayan cihazlara genellikle iifler veya kompresiir ad1 verilir. Bunnnla beraber bunlar proje ve prensip yiiniinden, bir klSlm pompalarla kar§l3-45.
(ta~mmasmr)
124
125 la~tmlabilirler. Bu sebeple, iifleglerin simflandmlmalan hemen hemen pompalann s•mflandmlmalarma paraleldir.
3·46. Ejektorler. Sekil 3-20'de gosterilen ve aglldamas1 yaptlan cihazlara benzer cihazlar yard1m1 ile, su veya su buhan jeti kullamlarak, diWik basmgta gazlan bir yerden diger bir yere "ta~1mak miimkiindiir. Bu cihazlarm ba- · sit yapth§ta olanlarmda verim dii~iik, yenebilecekleri basmg ufakur. Bunlar, genellikle cihazlardan g1kan gazlarm d1~an attlmas1 igin kullamhrlar. Atmosfer basmcmd" veya bunun biraz iizerinde bulunan bir yere bo§allma yapabiliHer. En onemli iistun taraflan basit ve ucuz olmalan, balama ihtiyag gostermemeleri ve hareket eden pargalara sahip olmamaland1r. Ozel bir yap1ya sahlp olan, kullam§h bir vakurn .Po;.pas1 be§inci boliimde agiklanml§~Ir. 3-47. Pistonlu kompresiirler. Atmosfer basmcmdan daha biiyiii< basmglarda gaz nakletmek igin genellikle, pistonlu kompresorler kullamhr ve bunlar yapih§lan baklmmdan pistonlu pompalara gok benzerler. Valflar daha hassas yap1hr, pargalann iyi bir ~ekilde yerlerine ve birbirlerine uygun olmasma dikkat edilir. Aksi t~kdirde, kompresoriin <;ah§mas• pistonlu pompa cah§masma benzer. Bir s1 VI pompa tarahndan bastldigi zam~,., basmcm artmas1 sebebi ile hacminde onemli bir degi§me olmaz ve bu sebeple Bernoulli bagmtlSlndaki (kls•m ·2-11) f V dP terirni, s1vllarda gazlara nisbetle onemsenmeyecek kadar az bir deger ta§Jt. Siirtiinme kayiplarmm 1s1 e§degeri ufak ve siVI kiitlesi biiyiiktiir. Bu sebeple, onemli bir temperatiir yiikselmesf olmaz. Bir gaz bastmlacak olursa hacmi kiigiiliir ve bu suretle bir i§ yap•lm1~ olur. Kompresoriin siirtiinme ka)'lplarma ili!ve olarak bu i§, lSlya donii§iir. Gazm kiitlesi ufak oldugu igin onemli bir temperatiir yiikselmesi goriiliir. Kompresoriin iyi bir §ekilde gah§abilmesi i<;in bu 1s1 uzakla§tmlmah ve gaz kompresorii, hemen hemen kompresore girdigl temperatiirde terk etmelidir. Bu sebeple pek <;ok hava kompresorlerinin silindirleri caketlidirve su ile sogutulurlar. Yiiksek basm<; temin etmek i<;in genellikle, iki veya daha fazla kademeli kompresorler kullamhr. Birinci basllrma i<;in biiyiik <;aph bir piston kullamhr, bu silindirden <;1kan gaz daha fazla bastmhuak i<;in kiigiik gaph .ikinci silindire girer. Bu l:ibi durumlarda soguk su ile sogutulan silindir caketlerine ilaveten iki kademe arasma, borulu ara sogutucusu konulur. Muhtelif kademeler, bir seri silindirden meydana gelmi§ v,e pistonlar tek bir piston gubuguna baglavmi§ olabildigi gibi, her bir kademe kendi piston gubuguna ve motoruna sahip olabi!lr. $ekil 3-43 kademeleri arasmd
127
126 kmnpres()I olup, kompresOriin yiiksek basm<; kademesi gOsterilmektcdir. <.;apraz
ha§hk A, bnhar pistonu B ve hava pistonu C, hepsi tek bir piston c;ubugu D iizcrin:e baglanmi§lardtr. Bu ktsmm dJ§ma dli~en Ye buhar silindirine ait olan
valf di§lisi §ekilde g6riilmemektedir. Hava silindirinin ba§ bsm1 ve duvarlan su caketi E ile sogutulmaktadn·. Dii§iik basmc;taki hava silindiri, §ekilde giisterilen k1smm arkasma du§mekte olup, biraz daha biiyiiktur. Buna ait bir klSlm F de gosterilmektedir. Bastmlm,I§ gaz ara sogutucusuna G gec;er ve burada, borular H ic;erisinden gec;en su ile sogutulur. K1smen bastJnlmi§ ve sogutulmu§ gaZ f yolu ile giri§ valflarma gec;er. Bu valflar yumu§ak c;elikten yapilmi§ bir bilezikten K ibaret olup, yaylar L vas1tas1 ile yuvalara oturtulmu§lardir. Basma valf, Ian da M aym §ekilde yapi]mi§lardir. Basma baglantdan N'de yer almaktadir. 3-48. Vantilatorler. Gazlann orta derecedeki basmc;larda, bir yerden cliger bir yere gonderilmeleri ic;in en c;ok, bir cins vantilatorlerden faydalamhr. Bu vantilatorlerin tesir alam 50- 75 mm H 20 ilil 350 mm H,O (0,035 kgrjcm') basm<; hudutlarma sahiptir. Bunlar pervane tipi, az kanath tip ve ~ok kanath tip diye uq sunf? aynlabilirler.
Pervane tipi, gunllik. hayattan tamdigimlz elektrikli vantihitorlere benzerler, fakat fabrikalarda gazlarm bir yerden diger \}ir yere ta§mmasl hususunda buyuk hie oneme sahip degillerdir. Tipik bir kanath vantiliitor, §ekil 3-44'de gosterilmektedir. Bu, esas itibariyle kapah bir yap1 ic;erisinde yer alan 8 ila 12 kanada sahip bir vantilatiir olup, kanatlar celik sac levhalardan yapdml§lardir.
mlabilirler. <;ok km.1atlt bir vantilil.tiir, §ekil 3-45'de gosterilmekte olup, 0 ila 125 mm H,O degerindeki basmc;lar igin kullam§hdn. Bunlar 8 ila 12 kanath vantilatOrlere nisbetle gok daha yiiksek bir verime ve daha yjjksek bir kapasiteye sahiptirler.
Sekil 3 - 45. Cok kanath bir vantilat6r.
3-49. Sildoidal. iill~ler. Sikloidal veya di§li tipteki herhangi bir pompa, bir iifle~ olarak ku!lamlabilir. Bu durumda donen lasunlarm uzerinde genellikle, iki ~eya iig lop yer almaktadn. Bu §ekildeki bir iifleg, §ekil 3-46'da gosterilmektedir. Bu uf!e9Jer 0,035 ila 0,85 kgr/cm• basmc;lan ic;in uygundur, fakat ~aksJ mum rand1man 0,35 kgr/cm• degerinin altmda elde olunmaktadn. Bu iiflec;lerin esas ustiinliigii yap1h§larmm basit, kapasitelerinin ise biiyiik olmas!dlr. Bu cihazlar, bir vantilil.tor ic;in c;ok biiyiik olan basmc; ve haCimda gaz gi:indermek
Sekil 3 - 4'4. Kanath hir vantilatOr.
Bu vantilatorler 0 ih\ 125 mm H2 0 degerinde busm~ meydana getirebilecek gii~te olup, herhangi bir kapasitede yapdabilirler. Bu tipin deg;i§ik bir §eklind0 vantilil.ti:ir kanatlan, santrifiij pampa pervanelerinde oldugu gibi, egri bir yaP'Y" sahiptir ve bunlar 675 mm H,O degerine kadar olan basmc;lar i<;in kulla-
~ekil
3 - 46. Sikloidal iifl~.
129
128 iGin kullamhrlar. Bir Qok durumlarda bu iiflederin yerini santrifiij iifle¢ler ahr (ktsim 3-50) Yukanda yapiimr§ olan smiflandirmaya girmeyen diger bir tip kompresor Nash Hyto. (§ekil 3-47) iifle'cidir. Bu, esas itibariyle 9evresinde gok sayrda kanatlar ta§Iyan silindirik bir ro\ordan ibaret olup, elips §ekline sahip bir govde iQerisinde yer ahr. Kanatlan ortecek miktarda SIVI iifleQ govdesi iQerisinde bu, lundurulm. Kanatlarm diinmesf siviya bir diinme hareketi verir, fakat santrifiij kuvvet SIVIYI iiflecin i9 govdesine dogru iter. Bu sebeple SIVI, kanat merkezine dogru gider ve gelir, biiylece bir seri sivi pistonu gibi hareket eder. S1v1 merkezden c;ekildigi zaman giri~ yolundan A, havay1 emer ve itildigi zaman ise ha;..
$ekil 3 47. Nash Hytor iifleci. A, emme yol; B, ba,:;ma yolu.
vayr 91k1§ yoluna B, dogru bastmr. Bu tip en yiiksek verimi11e 0,55 ilil 0,82 atm degerindeki basma basmQlarmda eri§ir, fakat 1,36 atm kadar olan basmQlar iQinde kullamlabilir. Pompa birbirleri ile mekanik temasta olan hiQbir harek;tli parQa ihtiva etmedigi iQin rotor, korrozyona ugramayan herhangi bir metalden yaprlabilir. Pompanm gah§m.,smda rol alan srvr ise, nakledilecek gaza kar§I inert olan herhangi brr s1v1 olabilir. Ornegin, klor gazmm nakledilmesi i9in pompada deri§ik siilfat asidinin kullanrlmasr gibi. 3·50. Slmtrifiij iifle~ler. Tiirbinli pompalarm prensiplen, gazlarm nakledilmelerine uygulanabilir. Gazlarm yogunluklarmm az olmaSI sebebi ile, i
miistesna, yapiir§ bakrmmdan tamamen tiirbin pompalara benzerler. Bu iifleQIer, 4000 veya 6000 donii§/dakika, degerinde bir harekete sahip olup, Qok kademelileri 2, 7 ila 6,8 atm. kadar bir basmg meydana getirebilirler. Dii§iik basm~ tar igin gendlikle, ufak yaprh iiflecler kullamlrr ve maksimum basmQlara ancak biiyiik yaprlr§ta iifleQlerle ula§rlabilir.
.$ekil 3-48. Santrifiij Ufle~: A, giri~ helezonu; B, kanatlar; C, difiizyon kanallan; D, !tiki~ helezonu; E, ru;iiUma halkalan; F, Iabirent ka~ak Onleyiciler; G, mil yataklan; H, so~utma suyu gegitleri; J, man~on.
Tipik bir cok kademeli iif!eQ, §ekil 3-48'de giisterilmektedir. Dii§iik basmgta bulunan gaz giri§ helezonu A yolu ile iiflece ahmr, sabit difiizyon kanallan C yolu ile ve kanatlar B tarafmdan pompalamp grkr§ helezonundan D di§an at•hr. Degi§tirilebilen·a§Inma halkalan, hareketli yiizeylerin hepsine konulmu§tur. Yalmz grkr§ basmcmm yiiksek oldugu yerde labirentli kagak iinleyici bulunmaktadrr. Diinen krsrmlarm hepsini mil yatagr G ta§rmakta ve kuvvet kaynag1 ile baglant•yr man§on I temin etmektedir. Bastrrma esnasmda meydana gelen rsmma, sogutma suyu kanallarmda H dola§an su tarafmdan ahmr. Bu iifleglerin maliyet fiatlan oldukga yiiksek olmakla beraber, uygun olan biiyiikliik ve basmclan sebebi ile, iiflecler igerisinde en Qok aranan tiptir. Bu giin diger tiplerin yerini almaktadir. I. Catalla! -
Kimya Mlihendisligine Giri! "
F.9
131
130
U. Bir evvelki problemde adt g*n A ve B pompalan paralel ~;alu)tmlmaktadtrlar. Bu durum i9in basma yiiksekli8i ~ kapasite ve verim - kapasite drilerini 9iziniz.
ADLANDIRMA P
= basms:
r
= yans:ap
S I
V Ht H 11 C .N
3-7. lamr.
= gerilme direnci = duvar kalmh&t = hactm = tlim ylikseltme (basma) = dalma yiiksekli&i (derinli8;i)
Yukartdaki
e~itlikte:
N
= pompamn
~itlikle
hesap-
devir saytst
= pompamn kapasitesi H = pampa tarafmdan meydana
Q
= sabit
= Q H W =
Tek kademeli bir santrifUj pompanm spesifik htzt N,. 8$Bli:tda.ki
dakikadaki devir saylSl
= volumetrik kapasite = basma yilksekligi (yilk)
'
kuvvet, glis: PROBLEMLER
3-1. Atmosfer basmcmda bulunan bir tanktaki 90zeltinin, 2 parm~khk s:el~k bir boru (katalog no. 40) yardtmt ile 0,35 kgr fcml2 geys: basm9 altmda s:ah~an btr reak~o~e pompalanmas1 istenilmektedir. Boru, valf ve baSlantilann e~deger uzunluklan 152,5 m dtr. !)ekil 3-38'de gOsterilen karakteristiklere sahip bir santrifiij pompa_ ku~~aml~aktadtr. ReaktOr ve depolama tanklannda bulunan s:Ozelti seviyeleri arasmda ?tr yuksekhk farkt bulunmadt~tm ve s:Ozeltinin 26,7 °C derecedeki suyun Ozelliklerine sahtp oldu8;unu _kabul ederek, borudan ges:en s:Ozeltinin debisini hesaplaytmz.
3-2. Problem 3 _ l'de as:tklanan sistem i~in istenilen normal d~~i, 151,5 litre/dakika'd r Bu debi boru sistemine ba8;lanan bir aktmmetre ile kontrol edthr ve bu aktmmetre, poO:p~mn bas~a borusuna konulan bir kontrol valfma kumanda eder. Kontrol valfmm ta~ a~tk olmast halinde meydana gelecek itave basm~ dii~li~iinii . hesaplaymtz. A~D?"metrenm sebep oldugu basms: dii~li:;;iiniin ihmal edilebilecek kadar az oldugunu kabul edmiZ. 3-3. Sekil 3-39'da gO!'terilen -karakteristik ogriye sahip bir santrifiij pompa, s~. il~ .a~01 vizkoziteye sah'ip bir s:Ozeltinin pompalanmasmda kullaml~a~tadu: _Y~lmz bu s:oze t~~n yogunlu8u 1,5 grjcm3 ve ctebisi de 416 litre/dakikadtr. Ne · gtbt de&t~tkhk gerekmektedtr. Basma yliksekli&i- kapasite e&risi !);ekil 3-40 ile gOsterilen bir pompanm beygir degerler pompanm 1150 devir /dagiicii-kapasite drisi a:;;a8tdaki de8;erlerle verilmi:;;tir. Bu kika ile s:all$masma aittir. 3-4.
kapasite, litrefdakika
beygir gUcil
0,0 113,5 227,0 303,0 340,5
0,60 0,68 0,80 0,85 0,90
Bu pompanm 1750 devir/dakika ile s:ah1;0masma ait verim-kapasite e8risini s:iziniz. 3-5. s'ir A pompast (karakteristik eSrileri is:in :;;ekil 3-38'e ba~mtz.). bir B pompast {karak.teristik e&rileri is:in ~ekil 3-41'e bakmtz, kanat !Japi 165 mm) Il~ sen ~~g~an~~. bulunmaktadtr. Seri haldeki bu pompalar i9in basma ytiksekliSi - kapastte eAnsmt !JlZIDlZ.
getirilen basma yliksekliii
Uygun birimler kullamlacak olursa spesifik htz boyutsuzdur. Bununla beraber N i~in de· virjdakika, Q i9in m3/dakika ve H ic;in metre SIVI ytiksekli~inin kullanllmast daha 90k kar~ !);d;i$tlan bir durumdur. 1 Muhtelif tipteki sab.trifUj pompalann, maksimum verimlerine tek-abiU eden spesifik btz de~erleri ile ifade olunmalan ah$dmt!); bir !);ekildir.- Ome~in. ylikseie basan pompalar genellikle d~lik spesifik htza, dil~lik basma yUksekli~ine sahip pompalar ise yUksek spesifik hJza sahiptirler. Bundan bW~ka pompalarm kavitasyon knrakteristikleri, onlann spesifik hiZlan ile orantJhdtr. l (a) Hem birbirine uyan ve hem de konvensiyonal birimler kullana,rak, karakteristik e8rileri ~ekil }-38'de verilen pompanm spesifik htzmt hesaplaytniZ. (b) Aksial- akJm (kanath- tip) pompalan genellikle 10.000 ilil 15.000 arasmda de~i ~en spesifik biZlara sahiptirler. Bu tip pompalar hangi tip C}ler ic;in en uygundur?
3-8. $ekil 3-39'da gi;sterilen karakteristik e~rilere sahip bir pompa 26,7°C da bulunan benzeni 1 nolu tank.tan 2 nolu tanka (~ekil 3-49'a bakJmz) pompalamaktadrr. Boru sisteminin tUm ejde~er uzunlujju (boa~lamalar dahil) 305 metredir. I nolu tanB ktn i9 ~ap1 6 metredir. A noktasmdan (1 numarah tank.ta) 3 metre yiiksekte bulunan stvt seviyesinin, A noktasmdan 0,6 metre yiiksekte bulunan bir seviyeye dili}ebilmesi ~in ne kadar za30,5m ¢,=53 mm mana ihtiyac; vardtr?
~---
--1Tank:"21
3-9. Bilyiik)Ugu 76X 101 X 152 O· lan simpleks bir buhar pompas1, solluk suyu bir tanktan dijer bir tanka pompalamaktadu. Tank1ardaki stvt seviyeleri arasmda az bir fark vardtr. Pompa 140 darbe/dakika ile ~al11makta ve 219 Jitre/dakika degerinde su pompaliekil 3-49. Problem 3-8. lamaktadtr. Bubar ucu verimi % 50 ve pompa tarafmdan basdabilecek !lim yUkseklik 3 m'dir. Kullandan buhann basmc• 8,75 kgr/cni' gey~ olduguna gijre, buhar valfmdan ge<;~e ait basm~ d~ll1Unll hesaplaymJZ. 1 G. F. Wislicenus, section on centrifugal pumps in Marks, cMechanical Engin~· Handbook,• th ed. Me Graw-Hill Book Company, Inc., New York (1951).
133
rincle bir CI Sim b uI unacak· oI ursa, radyasyon cismin ic;indcn geGer '- iizc'-·indc t,"rafm d an a b sor bl amr. Hadyasyonun sadece 'absorblanan ' ' -_vansitihr veva - .. cisim . kismi, ISI eneqJSI §eklmde ortaya ~ 1 kar ve donii
_ .. :Y
Bolum 4
) uzey, uzenne
~arpan
radyasyonun biiyiik kismim absorblar ve kant'tat'f 1
tsJya dcinii§tiiriir.
lSI TRANSFERi
I
k
o ara
----._
4-2. . . Kondiiksiyon . •
Kimya miihendisinin endiistride kar~Ila~tigi proses ve operasyonlann he- · men hepsinde IS! ~eklinde bir enerjinin iiretimi veya tiiketimi ile kar§Ila~Ihr. Bu sebepten lSI transferi ile ilgili kanunlar, ISitlciiar, ISI degi~tiriciler ve IS! trans, ferini kontrol eden cihazlar biiyiik iinem ta~Irlar. Bu boliimde once, lSI transferinin temel mekanizmasmi, sonra kimya miihendisligi yoniinden onemli alan konularla ilgili hesaplama metodlarmm esaslanm ve en sonra dd bu prensiplerin, ISitma ve sogutma i9in kullamlan cihazlarm projeler>nin haz1rlanmasmda nasii uygulanacagmi a91kla yacagrz.
4-1. ls1 transferi operasyonunun smlflandmlmasl. nizmadan biri veya birka91 ile transfer olur.
I
Kon d u.. I·,~Iyonun ·. . mekamzmaSI en ivi §ekilde b. k . lSI transfcrini giiz online anJ .. ~,unktkbu clurum( da konvekS!yon mevcut degildir. Kondiiksiyonla ISI transfcrinin erne ar.unu, 1-9) numarah e§itliktc oldugu «ibi bir debi 1 kl' .1
t:~m_:~el'ISlllOCn kondiiksiy~n]a
aJ~rak
yazl1abilir.
t:>
'
e~it
Debi (kiitle, ISI veya diger bir enerji) = zorlayiCI kuvvet du·en9
§Jl~~j]j~,
igi
§e
mue
(4· 1)
~';.~~yt· kuvvet (veya itici gii9), katmi_n iki noktas1 arasmdaki tcmperatiir far-
·
unku, ISI sadece tempcraturlen farkh olan noktalar nrasmda transfer
o! ur.
lsi, ~u ii~ temel meka-
Kondiiksiyon.. Maddeyi meydana getiren atom veya molekiiller, yer degi~' tirmeksizin sadece moment degi~imi yo!~ ile ISI geQi~ini saglamakta iseler, IS!· nm kondiiksiyon yolu ile transfer oldugu siiylenir. Ornegin, bir fmnm tugla duvarmda veya kaynal!cmm metalik d1~ yiizeyinde (sadece duvar ve metalik di§ yiizey goz online aJmacak oJursa) lSI konqiiksiyon yoJu iJe transfer oJur. Konveksiyon. Bir maddenin siCak kisminm soguk kismi ile kan~mas1 sonucunda 1s1 transfer olmakta ise, buna konveksiyon yolu ile ISI transferi ad1 verilir. Konveksiyonla IS! transferi, sadece aki~kanlarda giiriiliir. lsmm akl~kan lar i9erisinde konveksiyon olmaksiZI!l sadece kondiiksiyon ile transferi 9ok ender kar~1la§Ilan bir haldir. Temperatiiriin degi~mesi sonucu aki~kanm yoguruugu degi§ir ve bu degi~im, akl§kan i~erisinde girdaplarm dogmasma yo! a9ar. Bu sebepten "kondiiksiyon" ve ~konveksiyon" terimleri s1k s1k birlikte kullaniiular. Bununla beraber, bir 90k hallerde konveksiyon duruma hakimdir. Ornegin, odanm kalorifer radyatiirii ve suyun siCak bir yiizey tarahndan ISitilmasmda IS!
transferi, 9ogunlukla konveksiyon yolu ile olur. Radyasyon. Enerjinin elektroma!lnetik daJg·aJar yolu ile transferine yasyon ad1 verilir. Radyasyon, bo~luktan ge9tigi zaman ISI veya diger h<•rnangi. bir cins enerjiye diinii~mez ve yolundan saptmlamaz. Radyasyonun yolu
4-3. Fourier kannnu. (4-1) numai·aii e§lt· l'k 1 c1iren<;" terimi, Fourier 1 ·ted kanunu yard1m1 ile belirli ki!mabilir.
.....Kalmhgi L ve alam ~ olan bir duvan giiz oniinc alahm. Duvann her iki ) uzrmde. de temperatur dagihmi homojen olup, biri digverinden farkh olsun lsi A. yuzeyme ·- y~n ,.. d e transf et· olacaktn. Fonner · kanununun helirttigine · Ore ·· . . d I k b II homoJ_en b1r toplulugundan rsmm kondiiksiyonla transferi, alan ve peratur farki Ile dogru, ISivnm geqtigi yolun uzunlugu ile ters orantihdir. A. alamna paralel ve ~L. kalmhgmda olan ince bir duvar par~asnn giiz iiniine alahm. Bu bsmm 1ki yuzw arasmclaki temperatiir farki dt olsun. Bu durumcla Fo · . kanunu, a~ag1daki e§itlik ~eklinde belirli kilmabilir. unci
~adclev
~m
dQ dO
= -
kAdt ------;Jl-
(4-2)
1 yukandaki k, oran sabitidir. Temperatiir grach·eni dtjdL za man1a d e~· l C§itlikte · :2 • ' .:
g~~meme .~t~ Ise , JSJ transfen zamana gOre sabittir ve bu durmn, a§a?;tdaki §C"~
bide behrh k!lm1r. .. .. 1 lsi akimt, genellikle pozitif ahnd1!;1 igin eksi i~aretinin kullamlmas 1 gereklidir Aktm yonunde temperattir dii~mektedir, bu sebeple dt/dL negatif olmahdtr. . k 2 Sartlan~ zamana Hibi olarak degi~tigi hallerde (karars 1z hal) durum 90k daha kan~ ~~ t1r ve bu, kttabtmizm konusu di~mdadtr. Bu BOliimde • sadece karar/1 11a ld en bahsoluna~ cakbr. •
135
134
dQ . kAdt dB = sab1t = q = - d L
(4·3)
Ismm gec;tigi yolun herhangi bir noktasmdaki temperatiir farkm1 degil, duvarm iki yiizii arasmdaki temperati.ir farkmt bildijj;imiz i~in; Fourier kanununun kullamh§I L '= 0 ili\ L = JSimn gec;tigi tum yo! limitleri arasmda, diferansiyel e§itligin entegrasyonunu gerektirir. Aynca k, temperatiiriin bir fonksiyonu olabilir fakat lSlum gec;tigi yola ti\bi degildir. Aym §ekilde A, L ile degi§ebilir fakat temper&tiire ti\bi degildir. Degi§kenleri birbirinden ayll'acak olursak (4-3) numarah e§itlik a§agKlaki §ekli ahr:
qdL -A-=- kdt
(4 4)
k, c;ok kere (kgr.kal)/(hr)(m')(°C/m) olarak kullamhr. Bu §ekildeki kullamh§! k ic;in yukanda verilen birimle kar§!la§tlracak olursak, birincinin daha dogru oldug,;nu giiriiriiz. Alan A, lSI transfer yiiniine dikey ve lS!mn gec;tigi yo! L, ise "' transfer yiiniine paralel olarak iilc;iiliir. ls1 iletkenligi katsapsmm say1sal degeri duvann yap!ld•g• malzemeye ve duvarm tcmperatiiriine tabidir. Muhtelif malzemeye ait IS! iletkenlikleri, ililve tablolar k1smmda 7 numarah tabla ile verilmi<;tir. S1v!larm ve gazlann lSI iletkenligi, katilann lSI iletkenligine nisbetle c;ok ufaktlr. Omegin, l00°C da giimii§iin lSI iletkenligi 357 (kgr.kal)(m)/{hr)(m0 }CC), in§aat tuglasmm 1,2, suyun yakla§lk olarak 0,52 ve havamn 0,0253'diir. Genellikle 1s1 iletkenliginin temperatiirle degi:;imi hususunda bildiklerimiz, azdu; fakat, iyi bir yakla§Ikhkla bu degi§im lineer olarak kabul olunabilir.
E§itligi. t,'i yiiksek temperatiir olarak kabul edip entegre edelim. q sabit oldugu ic;in entegrasyonun dJ§mda kahr.
( 4-5) . k'mn temperature tabi olarak degi§irni, gene! olarak lineer ahmr ve bu suretle k'nm aritmetik ortalama degeri km, bir sabit olarak dii§iiniilebilir. A, L'ye tilbi olarak degi§memekte ise (diiz yiizeyli cluvarlarda oldugu gibi) (4-5) numarah qitlik, a<;ag1daki <;ekilde entegre edilir.
E§itligi a§ag1claki <;ekilde tertip etmek miimkiindiir.
(4-6) (4-1) ve (4-6) numarah e§itlikleri kar§!la§tlrdigumz ve M'nin zorlayJcl kuvvet oldugunu hat•rlad•g•m•z zaman, LfkmA degerinin direnc; oldugu giiriiliir. 4-4. Ist iletkenligi. (4-2) numarah e§itlikteki k sabitine, duvann yapliOJI§ oldugu katmm tsr iletkenligi ad1 verilir. Q kgr.kal, 6 saat, A m', t °C ve L m ise, k'mn birimi a§ag!da giisterilen §ekli ahr. _(kgr.kal)(m) (hr)(m')(°C)
Bu e§itlikte a ve b sabit degerler olup, t temperatiirdiir. S1v!lardan sadece su ,.e civamn; kahlardan da giimii§, kur§un ve bakmn 1s1 iletkenliklerinin temperatiir katsay1lan, kesinlikle bilinmektedir. Buna sebep, 1s1 iletkenliginin, kimyasal bile§im degi<;melerine kar§l 90k hassas olmasldlr. Yalmz, bu ii9 metal lamamen saf halde elde olunabilmekte ve degi§ik niimuneleri iizerinde kontroller ya, p!labilmektedir.
4-5. Seri halinde degi~ik diren~ler. Sekil 4-l'cle giisterilen ve seri halinde s~ralanm1:; degi§ik diren9lerden meydana gelen diiz bir duvan goz iiniine alahm. Bu diren9lerin her birinin kalmhklan s~ras1 ile L, , L, ve L. ; bu direnc;lerin yapllml§ olduklan malzemelerin 1s1 iletkenlikleri de k,, k, ve k,; aynca seri halindeki diren9lerin 1s1 transfer yiiniine dikey alan alanlan birbirine e<;it ve A kadar olsun. Duvarm birinci tabakasmda temperatiir dii<;ii§ii At, , ikincide At2 , iic;iinciide ilt3 olarak bulunsun. Bu iic; tabakada tiim temperatiir dii§ii§ii At kadar olsun. Tiim temperatiir dii§ii§ii her bir dirence ait dii§U§lerin toplamma e:;ittir. M = At, -1- At, -1- At,
Sekil 4-1. Seri halinde
lSI
direnc;leri.
Once seri halindeki direnc;lerde lSI transfer debisini veren bir e:;itligi, sonra
136
137
da At tum zorlapct kuvvet olclugu takclirde, tum direnci veren e§itligi gtkarmaya gah§ahm. (4-6) numarah e§itlik, direnderin her biri igin a§agtdaki §ekilde yazllabilir.
0,230 fn!'lat tug1ast, R, = ( 1, ) ( ) 190 1
Tiim diren\=, bireysel direnglerin toplamtna e!}ittir.
R
(H)
q
t
+ AI + 1!.1 2
= 3
+ q,A L,k + !LA L,k = !>t 3
q, b,
A k1
2
3
(4-9)
.
Birinci direnci gegen 1s1mn hepsinin, ikinci ve i.iguncii direngleri de ge9mesi gerektigi igin q 1 , q, ve q, birbirlerine ·e§it olmahd1r ve bunlar sadece q ile gosterilebilirler. Bu hususu goz online alchktan sonra (4-9) numarah e§itligi q'ya gore 9ozelim. 1!.1
Yukanki e§itlikte R,, R, ve R,, klSlm 4-2'de agtklandtgt gibi birer direngtir. (4-10) numarah e§itligi ezberlemeye "ihtiyag yoktur. (:iinkii, a§agtdaki gene! e§itlikten turemektedir. zorlay1c1 kuvvet diren9
Transfer debisi
Tum direng, direng serisini te§kil eden bireysel direnGlerin toplamma e§ittir. Bu bakundan 1s1 transferi, seri halindeki direnGlerden gegen elektrik aktmma benzer. Ornek 4·1.
Bir fmnm dtiz duvan
ISt
iletkenligi 0,119 olan 11,5 em kahnhkta silikat
tu~last ile, tsi iletkenli&i 1,19 alan 23 em kalrnhkta in$aat tuglasmdan yapdmt$hr. Fmnm
0,115
(0.119 ) (l) = 0,9664
temperatur du§u•u direP~
Elektrik iletiminde potansiyel faktOru elektromotor kuvvet, iletim debisi ise kulomb/saniye veya amperdir. Buna gore, elektrik aktmtmn debisi, a§agtda gosterildigi gibidir. volt Amper=-ohm Bu e§itligi Fourier kanunu ile kar§tla§ttrdtgtmtz zaman tst transfer debisinin (kgr.kaljsaat) ampere, temperatiir dii§U§Unun voltaja ve 1s1 direncinin elektrik clirencine benzerligi goriilur. Elektrik devrelerinin muhtelif birimleri amper, volt ve ohm gibi isimler aldtklan halde, 1s1 transferinde bunlarm kar§1ll olan birimlere herhangi bir ad verilmemi§tir. Seri halincle s1ralanm1§ muhtelif diren9lerden tsmm transferi, seri halinde Slfalanmt§ muhtelif elektrik direnglerinden elektrigin iletimine 90k yakm benzerlik giisterir. Elekt~ik devrelerinde diren9lere ait potansiyel du'iU§lerin devrenin tum potansiyel du§ii§iine oram, bireysel diren9lerin tum devre direncine oram gibidir. Aym §ekilde bir 1s1 devresinde tum temperatiir du§ii§unun bireysel temperatiir du§u§lerine oram, devrenin tum direncinin bireysel direndere oram gibidir. Bu tamm, matematik olarak a§agtdaki §ekilde giisterilebilir. M
R
2
=
kay-
683 , =588,9 kgr.ka1/(hr) (m2) 1 1597
lst transfer debisi .
i9 yiize.yinde temperatiir 760°C, dt$ ylizeyinde ise 77°C dxr. Fmn duvan yolu ile kaybolan
Silikat tug1ast, R 1
lSI
Ist transferinin birgok noktalardan elektrik iletimine benzerlik giistermesi, bize fayda saglar. ls1 transferi, a§agtdaki e§itlik yardtml ile belirli kthmr.
"'Y' kgr.ka1/(m3) (hr) o1arak hesap1aymtz.
Ciiziim. Ist direncinin LjkA oldugu a~Iklanmi$hr. Fmn yi.izeyinin 1 Dl 'lik bir ktsmmt (A-= I) gOz Online alaltm. Bu durumda duvan te$kil eden tu81a tabakalanrim 1st diren\=leri, ~Oyledir.
760-77
A-- 1,1597
(4-1 0)
R 1 +R2 +R3
= 0,9664 + 0,1933 = 1,1597
Is1 transfer debisi, temperatilr d~ii!}ii/direng oldu&una gOre, hesaplanmas1 istenilen hi a!1a81da gOsterilmektedir.
(4-8) numarah e§itlikleri taraf tarafa toplayacak olursak, (4-9) numarah e§itlik meydana gelir. !>I
0,1933
R,
M,
1!.1,
l>t, =
=
R,
=
R3
(4-11)
Omek 4-2. Ornek 4-l'de konumuz olan ve silikat tu8las1 ile B.di in~aat tuitlasmdan meydana gelen duvann, tugla tabakalan arasmdaki temperatiirli ne kadard1r? ~Oziim. dii!}i.i~iine
Ist direriglerinin herhangi birine ait temperatiir dli!}ii!}iiniin, tlim temperatiir oram, o direncin ti.im dirence oram gibidir..
139
138 R1
L>it
(4-15)
t;t="R
l>t/(160 -77) = (0,9664)/(1,1597)
Buna gOre. tabakalar arasmda tempefatlir, 760- 569;1
4-6. SiUndirik tabakalarda
transferl.
lSI
Bu e~itlik Am haric, diiz bir duvardan lSI transferini belirli kllan (4-3) numarah gene! e~itligin bir benzeridir. Am, (4-14) ve (4-15) numarah e~itliklerin sag taraflarml birbirine e~it klldtktan sonra, bunlan A,,' e giire Qiizmek sureti ile elde olunur.
= 190,9°C'dtr.
Sekil 4-2'de gOrtilen ve
silindirik bir
yap 1ya sahip olan boruyu gOz Online alahm. Silindirin i!r yanc;apt r1 • dt~ yan{:apt r2 ve uzunlu~u N olsun. Silindirin yaptlmt~ oldu&u malzemenin ortalama tst iletkenligi km dir. Silindirin i~ yliztinlin temperattirli t 1 ve dll? yiiztintin temperatiirii de t2 dir. t 1'in t2 'den biiyiik oldu8;u, diger bir deyimle, tstmn boru iyinden dt~ma dr do8;ru transfer oldu8u kabul olunuyor. BOyle bir hal ic;in JSt transfer debisini' hesaplayahm.
Yanc;apt r1 ve r2 de8;erleri arasmda bir de8;ere sahip olan r, ince c;eperli bir boru ktsmmt gOz Online alahm. Bu ktsmm et kahnh8t dr kadar olsun. Bu dr de8eri r'ye nisbetle yeteri kadar kli~tikliikte ise, lSlnm paralel dogrular boyunca transfer oldugu (diger bir deyimle, ylizeye dik oldu8u) dii~iiniilebilir. Bu duruma (4-3) numaralt e~itlik, uygulanabilir ve bu uygulama, a~a8:1daki ~ekilde olur.
(4-12)
Sekil 4-2. Kahn duvarh bir silindirde 1s1 transferi. Jst transferi yOnline dikey alan 2
1t J'
N'ye ve (4-3) numarah
~itlikteki L'de dr'ye e~ittir.
(4-2) numarah ~itli&in entegrasyonunda oldu8:u gibi, Once degi~ken alan t ve r'yi aytrahm.
dr = - 21tNk dt q
r
(4- 13)
(4-13) numarah e~itlik 8$a&1daki ~ekilde entegre edilir.
!
'2
1 dr 21tN~ . = - 1 kdt
rtr
q
In r2 -In rt =
q
=
A _ 210N(r,- r 1)
( 4-16)
In (r2 /r 1)
m-
(4-16) numarah e~itlikten giir~ildiigii gibi A,, yaru;apt rm ve uzunlugu N olan silindirin alamdtr. I'm ise a~agtda giisterilen ~~itliklehesaplamr. 7
m -
7 2 - Tt
In (r2/r1)
-
7 2 - Tt
(4-17)
2 303 log {r,/r1)
(4-17) numarah e§itligin sag t~raft, ezberlenmesi gerekecek kadar biiyiik iinem ta~tr. Buna logaritmik ortalama ve (4-17) numarah e§itlikteki iizel hali ile rm'e logaritmik orialama yanrap adt verilir. Bu yancap diiz bir duvarda 1st transferine ait entegre e§itlige uygulanacak olursa, kahn Qeperli bir silindire ait tst transfer debisinin hakikt degerini verir. Logaritmik ortalama, aritmetik ortalamadan dalm az kullan1~hdtr. Bu sebepten, boru Qeperi ince oldugu zaman aritmetik ortalama yeterli kesinlikte sonuc verir. r2/r1 oram, 3,2'den az ise aritmetik ortalama, logaritmik ortalamamn %10'u ve r,jr1 oram 1,5'dan az ise'%1'i kadar bir yamlma ile sonuc verir. Logaritmik ortalama yanQap yerine ic veya dt§ yancap kullamlabilir. Bu §ekilde hareket edilirse r,jr1 oram 1,24'den az oldugu zaman %10 ve r,jr1 oram 1,02'den az oldugu zaman da %1 kadar bi~ yamlma ile sonu9 almabilir. Bu sebepten, pratikte 90gunlukla aritmetik ortalama yeterli goriiliir. Diger taraftan iG veya d1§ yancapm kullamlmast yeterli kesinlikte sonuc vermez. 1
t2
21tNkm q
Ornek 4-3. 1~ ~apt 75 mm ve et kahnhi;1 5,5 mm olan bir born, biri ortalama tsl iletkenlil!i 0,074 kgr.kal/(hr) (m"J (°C/m) o1an 50 mm kahnhkta, digeri de ortalama lSI iletkenligi 0,055 kgr.kal/(hr) (m"J (°C/m) olan 30 mm kahnhkta iki izo1atiir tabakaSl ile sanl-
(tt-i2)
km (21tN) (t,-12)
In (r,/rl)
(4-14)
(4-14) numaralt e,itlik, kahn ~eperli silindirik yU.zeylerde 1st transferini hesaplamak i~in kullamlabilir.
(4-14) numarah e~itlik, daha uygun bir ~ekle sokulabilir. Is1 transfer debisinin (4-1.5) numarah e~itlikte giisterildigi gibi belirli kllmmas1 istenilir.
mt~
bulunmaktadu. Borunun dt$ yiizeyinde temperatiir 354°C, izolatOrlin d111 yiizeyinde ise 37,8°C d1r. Bu durumda meydana gelen tst kaybmt kgr.kal/(hr) (m boru) olarak hesaplaymtz. ~Oziim.
Borunun dt$
~ap1
llk izolatOr tabakastntn
dt~ ~apt
lkinci izolatOr tabakasmm
dt~ ~apt
= 86mm = 186mm = 246mm
r1 = 0,043 m
= 0,093 m r, = 0,123 m r2
141
140 1lk izolatOr tabakast ic;in,
''m =
lk'met' tzo . Iator .. ta bakasx tc;m, . . rm
0,093-0,043 ln 0,093 0,()43
0.093 = 0•123 + 2
0,0648 m
0, 108 m
Not: r2 /r 1 oram 0,123/0,093 = 1,32 oldugu ic;in, % 1 kadar bir yamlmayt g6ze garitmik ortalama yerine aritmetik ortalama almmt~hr. R1
0,050 (0,074)(211:) (0, 0648)
1,666
0,030
R, = (O,o55)(2iij(o;lo8of = 0•804 345-37,8 O,S0 4
q = 1; 666
+
128 kgr.kal/(hr) (m boru)
4-7. Alrujkanlarda kondiiksiyonla JSI transferi. Akl§kanlar tarafmdan meydana getirilmi§ ince film tabakalanndan ba§ka yerlerde bu tip lSI transferine pratikte rastlamnaz. Bu. gibi dutumlarda film tabakasmm kalmhg1 bilinemez vc bu sebepten, tiiretmi§ bulundugumuz e§itligi uygulamam1z miimkiin degildir. Bu giigliik, ileride ag1klanacak yiizey katsaytlan'mn kullamlmas1 ile iinlenebilir. Borular igerisinde akan akl§kanlarm lSI transferinde hem kondiiksiyon ve hem de konveksiyonla 1smm transfer oldugu giiriiliir. Yalmz kondiiksiyon yolu ile transfer olan ISlnm miktan, ab§kanlarm lSI iletkenlikleri hususunda kesin ve yeterli bilgi bulunamamas1 sebebi ile, gok zor hesaplanabilir. 4-8. Konveksiyon. 2'inci biiliimde U91klandig1 gibi, akan bir akl§kanm Reynolds saylSI artlp belirli bir degeti ald1g1 zaman, ahmm karakteri lil.minerden tiirbiilil.nsa diinii§iir. Bu donti§iimden sonra bile boru ig yiizeyine yakm noktalarda ak1mm laminer karakterini muhafaza ettigi giiriiliir. Tiirbiilans, herhangi bir kan§tlncJ veya akl§kan abmim temin eden bir pompa (zorlanml~ konveksiyon) veya ab§kanm ISlti!masl iizerine te§ekkiil ·eden abmlar (tabii konveksiyon) tarafmdan meydana getirilebilir.-Is1 akl§kana, akl§kam gevreleyen bo, ru geperi yolu ile transfer olmakta ise, JSI transfer debisinin hesaplanmasmda Gepere kom§u Hlminer abm tabakas1 biiyiik 6nem ta§lr. Buna sebep, ab§kana transfer alan 1smm biitiiniiniin bu Hlminer film tabakasmdan kondiiksiyon ile gegmesidir. Laminer film tabakas1 ince olmasma ragmen 1s1 iletkenligi dii§iiktiir ve 1s1 transferine kar§l biiyiik bir direng giisterir. Diger taraftan, Hlminer tabakamn dl§Jnda yer alan tiirbiilansh alam, derhal temperattiriin homojen olmas•m temin eder. Diger bir deyimle, boru geperi yolu ile ab§kana lSI transferinde, transfere kar§l koyan direncin en 6nemli k!smm1 laminer film tabakas1 te§kil eder.
4-9. Zor18DIIUll dollll}JDlda temperaJiir dag.Inm. Zorlanml§ konveksiyonla 1s1 transferi alan bir ab§kan siitununda temperatiir dag!IJml ISltma ve sogutmada aym olup, kolondaki h1z dag!hll)l ile yakm benzerlik giisterir. Sekil 4-3, swak bir aki§kandan metal duvar yolu • ile soguk bir aki§kana JSI transferine ait temperatiir dag1luqtm gostermektedir. Duvarm her iki yanmda bulunan F 1F1 ve F,F, dti§ey dogrulan laminer ak1m tabakasmm s1mrlanm giistermekte olup, F 1F,'in sagmda ve F,F,'nin solunda bulunan kiSlmlarda ak1m tiirbiilil.ns karakterdedir. 1 S!Cak aki§kandan metal duvara 1s1 transferine ait temperatiir dagte
I
bm• t,tbt, egrisi ile gosterilmektedir. t. temperatiirii, swak ak1§kamn maksimum temperatiiriidtir. tb temperatiirii, laminer ve tiirbtilansb abmlan birbirinden
I I I I
I
ayuan stnu tabakastntn; tc temperatiirii
ise, metal duvar ile akl§kamn birbirleri ile temasa geldigi yiizeyin temperatiirtidiir. t.t,t1 egrisi iizerinde yer alan temperatiirler de ag!klad,klanmlzm benzerJeridir.
Fz
IF, ___.UZAKLIK
~ekil
4- 3. Zorlanmt~ konveksiyonda temperatUr dagthmt.
Is1 transferi hesaplamalarmda kullamlan ab§kan temperatiirii, akJ§kanm maksimum temperatiirii veya lil.miner ve tiirbiilansb ak1m tabakalan arasmdaki temperatiir olmay1p, aki§kam tamam1 ile kan§tJrd•g•m•z zaman elde olunacak ortalama aki§kan temperatiiriidiir. Bu ortalama temperatiir t1 (MM dtiz dogrusu ile giisterilen) t.'dan oldukga dii§iiktiir. Aym dii§iinii§ soguk akJ§kamn t, temperatiirii (NN diiz ddgrusu ile gosterilen) i~in de dogrudur. Aki§kanm viskozitesi gok yiiksek ve boru gok fazla geni§ degils"e, akl§kan i~erisine dald!Tml§ oldugumuz~ bir termometre, bize bu orialama temperatiirii giisterir. t.tbt, egrisinin hakiki durumunu tesbit etmek i9in ~ok hassas termoelementlerle ~ok dikkatli iilgmeler yap!lmaSJ gerekir. t,t. temperatiir degi§imi, JSI iletkenligi bilinen bir metalden 1smm tamamen kondiiksiyonla transferine aittir. Hemen hemen pek ~ok halde bu fark, t.t1 tiim temperatiir farkmm gok ufak bir klsm1m te§kil eder. Bn a~1klamalatdan sonra, daha evvel vermi§ oldugumuz e§itliklerden faydalanarak 1s1 transferi kesinlikle hesaplanabilir. 1 Kesin bir smtr oldugu anla.~tlmamahdtr. Bu smmn bir yanmda aktm Iaminer, diSer yanmda ise aklm tiirbUHlnshdtr. tki aktm tipi arasmda tampon bOlgenin varltAt ktstm 2-6'da
belirtitmi~tir.
'
142.
143
4.:10. Yiizey katsaydan. :;i,ekil 4-,'J'ii inceledigimiz zaman iki akJ§kana ait JSJ diren9ler.inin olduk~a kat1§tk oldngu giiriiliir. Bu sebe'pten, al.,:;kanlarm renci hesaplamrken daima indirekt bir metod kullamhr ve bu metod, yiizey katsay!larmm hesaplanmasmt kapsar, :;iekil 4-3'de q kgr.kal degerinde tst steak ak1:;kandan soguk ak1:;kana transfer olsnn. Bunnn iGin Iince q kgr,kai degerinde tst steak al.t:;kandan metal duvara, sonra da aym q kgr.kai degerindeki tst metal duvardan soguk ak1:;kana transfer olsun. 1st transferine dik ole.n metal duvann Sicak yiiziiniin alam A1 , soj?;uk yiiztiniin alam A2 ve ortalama alan1 Am olsnn. Bu durnmda dnvann steak yiiziiniin yiizey katsayJsJ, a§agJdaki e:;itlige gOre hesaplamr.
Tiim lSI transfer katsaylSI U,, 8§ag1daki e§itlikle belirli lahmr.
(4-22) (4-22) numarah e§itlik, (4-21) numarah e§itlikle kar§Ila§tmlacak olursa, daki sonuca vanhr:
8§8~
(4-23) (4-.23) numarah e§itligin de giisterdigi gibi ts1 transfer debisi, ii9 faktiiriin flllrP'mmdan meydana gelmif(ir; bunlar SlrllSI ile tiim lSI transfer kats«y!SI, temperatiir dil§U§U Ve ISitllan 1JUZeyin alanukr.
(4-6) numarah e:;itlik (4-18) numarah e§itlikle kar§Jia§tmlaeak olursa, h 1'in k(L'ye benzer' oldugu ve bunun sonucu 1(h,A1 degerinin lSI direneini te§kil eh tigi gorii!Ur. Yiizey katsaytsJ, hakikaten meveut bir deger gibi hesaplanmt§ ve aGtklanmt§Sa da, §ekil 4-,'J'e baktigJmlz zaman h,'in hem lilminer film tabakastmn hem de (t,- 1,) temperatiir farktmn dogmasma sebep olan tiirbiilansh aktm ~ekirdeginin 1st direncini kapsadtgtm giiriiriiz. Aym :;ekilde h,'de a§ag1daki e§itlikten hesaplanabilir. ( 4-19)
Sekil 4-3'de giisterilen ve a9tklamast yaptlan tipte bir IS! transferi, seri halinde sJraianmi§ iic; adet dirence sahiptir, Bunlardan birincisi, steak ala§kanm direnci olan 1/h,A, ; ikincisi, metal duvarm direnci olan L/kA.. ve uc;unciisu, soguk ab§kanm direnci olan 1/h2 A,'dtr. Bu degerler, (4-10) numarah e§itlikteki R,, R, ve R, degerleri yerine konulacak olursa, a§agtdaki e§itlik elimize gec;er. /l.[
q ~ ""'1!"h-1A.-~-+.,--;L-;i!k;:-:A:,m-+-:-::1-:-/h',-:A',
( 4-20)
4·11. Tiim JSl transfer katsayllan. (4-20) numarah e§itligin pay ve paydasmi alanlardan herhangi biri ile ~arpahm. Ornegin, A, alam ile c;arptii?;ImJz zaman e§itlik a§ag1daki §ekli ahr:
(4-21)
(4-20) numarah e§itligin pay ve paydasm1 A, alam yerine A,. veya A, alanian ile c;arpacak olursak, ayw §ekilde U,. ve U, tiim IS! transfer katsay!lar1 meydana gelir,. Tum IS! transfer katsayiSI hesaplanmadan iince belirli bir alan se~imi yap1hr ve bu suretle hesaplanan katsay1, o alam referans olarak a!mi§ olur. Gene! olarak bu sec;im, herhangi bir smulamaya sahip dei?;ildir.
Metal duvar silindirik bir bornnun c;:eperi olduj;,'U zaman, IS! transfer katsaylS!m U1 hesaplamaya yarayan (4-22) numarah e§itlik daha uygun bir §ekilde yazilabilir, Bu durumda L, born et kahnhg1; A1 , c;ap1 D 1 olan silindirin ve A,, de c;:ap1 D2 alan silindirin alanlandir. Alanlar c;:aplarla oranl!h oldui?;una gore (4-22) numarah e§itligi a§ag1daki §ekilde yazabiliriz:
(4-24) U2 ve U,. ic;:in de buna benzer e§itlikler yaZilabilir.
BaZI durnmlarda bir alan digerlerine k1yasja daha uygundur. Bir yiizey katsayismi goz online alahm. Ornegin, h. sa)'lsal olarak h,'e ktyasla biiyiik olsun. Bu durnmda Dt(D,J.. terimi 1/h.'e layasla kuc;iik olur. Paydada yer alan ve born c;eperinin direncini temsil eden ikinci terim de, genellikle lfh,'e byasla kuc;:iikttir. Bu durumda DJ(D,. ve D,(D2 oranlan, c;ok az onem ta§Idiklarmdan ihmal olunabilirler ve (4-24) numarah e§itlik 8§ag1daki §ekli ahr:
1
U1= lfh1+L!k+1!h,
(4-25)
Boyle bir durnmda tum IS! transfer katsa)'lStnl, en buyiik direnci veya h'mn en kiic;:iik degerini esas alarak hesaplamak faydahd1r.
144
145
<;apt biiyiik ince 9eperli borular, diiz levhalar veya A1 , Am ve A, yerine A alammn ahnmast ile ihmill olunabilecek kadar az bir hatil.mn meydana gelebilecegi diger hallerde, (4-24) numarah e:;itligin yerine (4-25) nurnarah e:;itlik kul-, lamlabilir. Bu dururnda U,, Um ve U, hep aymdtr,
u ·p
)!. ·= aki~kanm
viskozitesi C ·= sabi.t basmgta akt:;kamn ozgiiJ ISIS! g1= ivme ~ = termal genle~me katsayisi At'= temperatiir fark1 L ·= akt:;kan ak1mma ait yolun uzunlugu
Bazt hallerde h,, hem ho ve hem de Lfk terimlerine ktyasla gok kiigiiktiir, Bu dururnda (4-24) nurnarah e:;itlikteki l/h 1 terimi, paydadaki diger terimlere ktyasla gok biiyiik olur. Boyle bir durumda U, = h1 yaztlrnast yeterli derecede dogrudur. Birbirlerinden bir metal duvarla aynlmt§ bulunan iki akt:;kamn birinden digerine 1st transferinin debisini hesaplamak, bu iki ak1:;kana ait IS! transfer katsaytlarmm >ayisal degerlerinin bilinmesi ile miimkiin olabilir. Fakat bu husus, endiistride kar:;t!a:;t!an her hal igin heniiz giiziimlenememi:;tir.
·= aki:;kanm hiZI
·= ak1~kanm yogunlugu
Hal degi§mesi meydana getirmeksizin akan bir akt~kana veya ab~kandan IS! transferine ait yiizey katsayist, genellikle a:;ag1daki ~ekildedir:
Nu 4-12. Yiizey katsaytlan ile ilgili genel dii~iinceler. Yiizey tst transfer katsaytsJm hesaplamaya yarayacak e:;itligin, akt:;kanm biitiin iizelliklerini ve aktmm iginde bulundugu :;attlan kapsamast gerekir. Herhangi bir iizel durum i9in bu faktiirler borunun gap1, ah:;kamn hlZI, yogunlugu, viskozitesi, lSI iletkenligi, i:izgiil ISIS! ve diger baZJ i:izellikler olabilir. Endiistride kar:;tla:;tlan IS! transferi problemlerinin pek gogunda durum o kadar kan:;tktir ki, sadece teorik bir temelden ba:;layarak biitiin bu fakti:irleri bir e:;itlik igerisinde toplamak hemen hemen imkansizdu. Bu faktiirlerin bir e:;itlik igerisinde toplanabilmesi hnsusnn" da en kullam:;h metod dimensiyonal onaliz (boynt analizi)'dir. Bu metod,. degi:;kenler arasmda mevcut olan bagmtiian ortaya koyar ve bunlan boyntsuz gruplar igerisinde toplar. Ak1:;kan siirtiinmesi ile ilgili boliimde aQiklainasi yapilan Reynolds grubu da bu :;ekilde meydana getirilmi:;tir. Kullam:;larmdaki fayda ve kolayhk sebebl ile bu gruplardan di:irt tanesi isim ve sembolleri ile birlikte a:;ag1da verilmi:;tir. Adt
Formiilii
Nusselt Reynolds Prandtl Grashof
hD/k D u PIV. Cv./k g D' ~At p'!v.~ LID
Yukandaki bagmtilarda: h ·= Is! transfer katsay!Sl D= born gap1
Sembolii
Nu Re Pr Gr
=
f (Re, Pr, Gr,
t-)
(4-26}
Ne dimensiyonal analiz ve ne de bilinen diger bir metod, bu fonksiyonun :;ekli hususunda daha fazla bilgi vermez. Bu ~ekil, bunlann birkagmm toplam!, iislii bir bagml!, logaritmik bir bagmt1 veya sonsuz bir seri olabilir. Kullamh:;mdaki kolayhk ve. basitlik sebebi ile, bu dort gruptan her birinin sadece bir kere e~itlige girdigini ve bir iisse sahip olduklanm kabul edelim. Diger bir deyimle, (4-26) nurnarah e§itlik a~ag1daki §ekile sahip olsun.
Nu
=
K Re" Pr• Gr'
(E
r
(4-27}
Yukandaki e:;itlikte K, a, b, c ve d hirer sabit olup, degerlerinin deneyle bulunmasi gerekir. Kisim 2-14'te, Reynolds saylSlnm artmas1 ile tiirbiilans derecesinin artacagi ve bu sebeple, tilrbiill\nsh bir aktmla akan bir akt~kana ait bagmt1da Rey" nolds saylSlmn bulunmast gerektigi soylemrti:;tir. Gi:ashof saylSlnda termal genle:;me katsay1s1 yer almaktad1r ve bu sebeple, Grashof saytsi artl!kQa, tabi! konveksiyon derecesi de artar. Tabil konveksiyonda tiirbiilansm tesiri az ve aki~ kan hlZI dii~iiktiir. Bunun bir sonucu olarak, bu gibi durumlarla ilgili bagmtilarda Reynolds say1s1 biiyiik bir onem ta:;Imadtgi ~aide, Grasho,f sayisi onemlidir. Prandtl saytst sadece ab:;kan ozelliklerine sahiptir ve bu sebeple, siVI bir metalden gaza, suya ve sulu Qozeltilere, yaglara ve organik siviiara basil veya kompleks bir molekiille birlikte meydana gelen transferlerde onemlidir. Tiirbiilansh bir aktmla akan bir akt:;kanda lSI transferi mekaniZillasmdan faydalamlarak baZI kalitatif bagmt1lar kurulabilir. Kisim 2-14'de aQiklandigi gibi, borular igerisindeki siirtiinme kay1planmn hesaplanmasmda Reynolds saylSI, 1.
t;atalt~
-
Kimya MiihendisliSine
Giri~
F .10
146 iinemli bir faktordur. Reynolds saylSlnm buyuk olmas1 halinde viskoz film bakas1 gittikGe iinemini kaybeder. Bu hususu §ekil 4-3'e dayanarak §iiyle u'''~"''.< yab!liriz: Reynolds say1smm ve dolaylSl ile ttirbtilansm artmas1, viskoz film ta, bakasmm incelmesine sebep olur ve t.t" temperattir farla ortadan kalkar. Bu degi§menin bir sonucu olarak t"t" fark1 GOk daha dik bir durum ahr. Diger fakJorlerin degi§memesi halinde · temperatiir farkmda meydana gelen bu artma, ak1§kan film tabakasmdan .F,.F,'in soluna geQen lSI transfer debisini artmr. Diger bir deyimle bu, aki§kan sisteminin tumiinde 1s1 transfer debisinin artmasma sebep olur. (:unku, bir seri direri9lerden meydana gelen bir sistemde diren9lerden biri azaltllacak olursa, lSI a:lammm debisi buna til.bi olarak artar. Bu sebeple, h katsaylSl Reynolds saylSlnm artmas1 ile birlikte artar. Reynolds saylslm te§kil eden faktiirleri inceledigimiz zaman bunun, diger faktorlerin yoklugu halinde, akt~kan luzintn ve yogunlugunun artmasi, visko~itesinin ise azalmast ile mumkiin olacag1 giirii!Ur. Bu kaide, boru 9apma nygulanamaz. (:unku, boru · Qapl Nusselt saylSI i9erisinde yer alml§hr ve boru 9apmm Reynolds saylSlna tesiri orada giiru!ur. 4-13. Birbirlerine uygun birimler. Yukanda a91klamalan yapllan dart grubun her birinde yer alan faktiirlerin boyutlan se9ilirken, boyutlann birbirlerini giitiirecegi ve grubun boyutsuz, diger bir deyimle, sadece say1dan ibaret. olacag1 hususu unutulmamahd1r. Ornegin, Reynolds saylSlnda D'nin boyutu · uzunluk; u'nun boyutu, uzunluk/zaman; yogunluk, kutle/uzunluk'; ve viskozite kiitle/(uzunluk)(zaman)'dlr. Bu boyutlar, Reynolds· saylSlna yerle§tirilecek olursa, Reynolds say1smm boyutsuz oldugu derhal giiru!Ur. Diger gruplara da . buna benzer bir i§lem uygulanacak olursa, onlarm da boyutsuz olduklan giiriiliir. Boyutsuz e§itliklerin kullamlmasmdaki faydah yon, bu e§itliklerde yer alan sabitelerin se9ilip kullamlan iil9ti sistemine tabi olmamasldn. Ornegin, Reynolds· say!Slmn hesaplanmasmda buttin uzunluk boyutla'rl metre, butiin zaman boyutlan saat ve btitun kiitle boyutlan kilogram olarak almacak yerde, boyutlar foot, second ve pound olarak ahmrsa yine aym say!Sal deger elde olunur. Bii!Um 2'de kritik Reynolds saylSlnm 2100 oldugu siiylenmi§ ve bu say1 hesaplamrken gram, santimetre ve saniye boyutlan se9ilmi§tir. Boyutlar foot, pound, second olarak se9ilmi§ olsaxd1 yine 2100 sayJSI elde olunacakt1. Baz1 hallerde bir e§itligin boyutsuz gruplarmm birinde CGS sisteminin boyutlanm kullamrken digerinde FPS sisteminin boyutlarm1 kullanmak daha uygundur. Grup i9erisinde sadece bir sisteme ail boyutlann kullarulmasJ §arh ile, bu husus serbest blrakilrru§tlr. Ornegin, ingilizce konu§an milletler toplulugunda lSI transfer katsay1smm Btu/(hr\(f.t')(F") olarak birimlendirilmesi, hemen hemen gene! bir kaidedir. Bu sebeple, Nusselt grubu iQin en uygun zaman birimi saatti~. Diger taraftan, ,Reynolds iQin ~aman birimini saniyeden saate 9evirmeye !Uzum yoktur. (:unku akl§• kan hlZI ekseriyetle m/saniye olarak ifade olunur. Prandtl saylSI takdirinde ya
147 iletkenliginin saat birimi 3600 ile biilunerek saniye birimine diinii§tiiriiliir veya mutlak viskozite, 0,000672 yerine 2,42 ile 9arp1larak santipuaz degeri, saniye
15 ,
biriminden saat birimine dOnii§ti.iriiliir.
4-14. Yiizey lSI transfer katsaydan i~iu e~iilikler. (4-27) numarah e§itligin elde olunmas1 esnasmda §U hususlar iinceden kabul olunmu§tu: (a) lSI transferine tesir eden biitiin faktiirlerin dahil edilmesi, (b) ad1 ge9en gruplann her birinin e§itlikte sadece bir kere yer almas1 ve basit us terimlerine sahip olmalan. Hakikatte 1s1 transferi problemleri o kadar kan§1kt1r ki, (4-27) numarah e§itlige sadece bir ba§lang19 noktas1 giizii ile bak1hr. Deneysel Qah§malar, bu e§itligin belirli baz1 haller iQin ve ufak hatalarla dogru oldugunu giistermi§se de, (4-27) numarah e§itlik, pratikte kar§lla§Jlan her hale uygulanamaz. Netice olarak §U soylenebilir: bir yuzeyden bir ah§kana ISl transferi halinde, !&miner aklmdan tiirbtiliinsh ak1ma kadar butun ah§ biilgesini kapsarnma alan, tek bir bagmh (lSl transfer katsaylSI iQin) bulmak rnumkun degildir. Endustride kullamlan cihazlann hemen hemen pek QOgunda ttirbtilansh . abmla kaqlla§lldJgJ iQin, deneysel 9ah§malann Qogu bu alanda yapilml§tlr ve bu alanda, Reynolds saylSlmn iizel bir iinerni vard1r. Bununla beraber, Reynolds say1smm ufak bir degerden buyiik bir degere degi§mesi, s1mr biilgesine ail film tabakasmm ve turbiilansh Qekirdegin relatif iineminin degi§mesine bir i§arettir. Reynolds say1smm degi§mesi, akim kesitindeki temperatur ve dolaylSl ile viskozite dag1hmmda bir degi§meye sebep olur. Bundan §U sonu9 91kanlabilir: Reynolds saylSlmn dii§iik ve yuksek degerleri iQin tek bir lSI transfer e§itligi kullamlamaz. Prandtl say1s1, madde iizelliklerinin bir fonksiyonudur. Prandtl sayiSlndaki biiyuk degi§melerin, boru kesiti i~erisinde ve borunun bir ucundan diger ucuna kadar temperature tabi viskozite degi§melerini meydana getirmesi beklenebilir. Bu sebeple, Prandtl saylSlndaki biiyuk degi§meler, kullamlacak e§itligin tipinde degi§meler yap1lmasml gerekli kllar. Sekil 4-4, bir boru iQerisinde akan ah§kamn temperatiir dag1hmma Prandtl sayJslmn tesirini giistermektedir. Sekilde Pr > 1 olarak gosterilen hal i9in viskoz film tabakasmda temperatiir du§ti§u fazla, Pr < 1 olarak giisterilen hal i9in temperatiir dti§ii§u azd1r. Sekil 4-4, Prandtl saylSlnda biiyuk degi§meler olmas1 halinde, yiizey lSI transfer katsayJlanm veren e§itliklerde de degi§meler yapllmasmm gerekli oldugunu bir kere daha ortaya koyar. Yukandaki teorik dti§iinceler, pratik Qah§malardan dogmu§tur. Yap1lan tecriibeler laminer (viskoz) ahmla akan bir akJ§kana uyan bir e§itligin, yuksek Reynolds saylSlna sahip ah§kana uymad1gm1 giistermi§tlr. Bu sebeple, Reynolds sayJslm esas alan ti9 degi§ik e§itlik ortaya konmu§tur: bunlardan birincisi, viskoz film tabakasma (Re, 2100'den ;z); ildncisi, Iaminer ve turbtilftnsh tabakalar ara'
148
149
smdaki bolgeye (Re, 2100 ila 10.000 arasmda) ii9iinciisii ise tiirbiilansh bolgeye · (Re, lO.OOO'den biiyiik) aittir. Aym §ekilde, siVI metaller (9ok dii§iik Prandtl sayisi), su, sulu 90Zeltiler, viskozitesi az SIVIiar (orta derecede Prandtl sayJsl) ve yaglar gibi viskozitesi 90k yiiksek siviiar (GOk yiiksek Prandtl sayisi) i9in birbir, lerinden farkh e§itlikler bulunmu§tur.
"
..
TURBULENT BtiLGE
TAMPON BOLGE I I
I
ViSKOZ ( LAMiNER)
IBtiL~
I
I
I
i
I I I
Borunun bir uc;mdan diger ucuna ve borunmi. iG yiizeyinden siVl akimimn merkez 9izgisine kadar temperatlir degi§imlerini tespit etmek, 90k kan§Ik yap1h deney cihazlan hari9, miimkiin degildir. Bu sebeple, pratikte SIVI ozelliklerinin iil9Uldiigii temperatiir i9in, bir 9e§it orta yo! bulunur. Temperatilr bolgesinin bilyiik olmadigi hallerde (veya madde ozelliklerinin temperatiirle pek fazla degi§medigi durumlarda) problem, temperat.iir bolgesinin biiyiik oldugu (madde iizelliklerinin temperatiirle biiyiik degi§me gosterdigi durumlarda) hallere nisbetle daha basittir. Temperatiir degi§melerinden maksat, hem boru boyunca ve hem de boru kesiti i9erisinde meydana gelen tempratiir farkland1r. '
I I I
I I I
l I I MERI
4- 4.
Zorlanm1~ dol~mlla
akan bir Prandtl saylSinm tesiri.
akt~kanm temperatiir
Buna ilil.veten, ikinci bir faktor daha vardn·. Bn da, boru iG yiizeyinden SIVI akimmm merkezine dogru bir lSI transferinin meydana gelmesidir. Bu sebeple, born i<; yiizeyine yakm noktalarda sin temperatiirii, ic; ktstm temperatiiriinden fazlad!f. Sl\'lmn boruya girdigi anda sin i9erisinde boyle bir temperatiir farb voktur. Sn·l boru iGerisinde ilerledikGe, ilk once boru iG yiizeyine kom§U SIVI tabakalan 1smmaya ba§lar ve bu tabakalarla s1vmm rnerkezinde yer alan tabakalar arasmda bir ternperatiir farb dogar. SIVlnm lSitiimasi, biiyiik bir temperatUr arahgmda meydana gelir veya s1n dik bir temperatiir-viskozite egrisine sahip olursa, problem daha komplike bir hal ahr. Bu durumda SIVImn boruya girdigi ve boruyu terk ettigi noktalar arasmda oldugu gibi, boru yiizeyi ile i9 kiSimclaki Slvi tabakalan arasmda da biiyiik \'iskozite farklan meydana gelir.
I I
I I
bonn a bir temperatiirde girer w bir ba§ka temperatiirde 91kar. Bu durumda stnnm yogunlugu, viskozitesi vc ISI iletken1igi) bonmun bir ucundan diger ucuna kadar farkh degerler alacakt1r.
da8:1hmma,
(4-27) numarah e§itligin ozel §ekillerinden herhangi birinin, ozel bir uygulamnasmda kar§Iia§Ilacak en onemli problem, boyutsuz gruplarda yer madde ozelliklerinin hangi temperatiirdeki degerlerinin ahnmasidir. Bu soruy1U', cevaplandirmadan once, (4,27) numarah e§itligin 91kanh§mda esas alman !aria, endiistride kar§IlU§Ilan hakiki §artlar arasmdaki farklar iizerinde durm yerinde olur.
Bir s1vmm bir boru i9erisinde akmakta oldugu ve bu borunun di§mdan t•ld!gi hali goz oniine alahm. Bu hususda 1Slnm kaynagl bir onem ta§Imaz.
Kisim 4-12'de aGiklandigi iizere, boyutsuz gruplann varhg1 sebebi ile, (4-27) numarah e§itligin katsayiSI ve iislerinin say1sal degerleri, dimensiyonal analiz yolu ile degil, dogrudan dogruya deneyle bulunurlar. Bu i~ olduk9a gii9 o)up, hata yap•labilir. C:ah§mayi yapanlar bir e~itlik tiiretebilecek bilgileri elde edebilmek iGin, ilk once 9ah§maya lwnu alan sivmm fiziksel 5zelliklerine esas olacak temperatiirii herhangi bir metodla tesbit ederler. Beklenen sonu9, deneysel 9ah§maya en iyi uyan sonuGdur ve bunun teorik bir anlam ta§Imasi gerekmez. Bu sebeple, yiizey ISJ transfer katsayiSimn hesaplanmasmda kullamlacak biitiin e~itliklerde, maddenin fiziksel ozellikleri aym temperatiirde okiilmelidir. 4-15, Temiz, silindirik borular i~erisindc tiirbiilansh aknnla akan kanlar. Bu hal iGin (4-27) numarah e§itlik a§agidaki §ekli ahr:
k (D-f!.up-)'· ·Cf!.)' - ·' D k
aim!·
8
h~0023--
'
(
(4-28)
Bn e~itlikteki biitiin semboller, k•s•m 4-12'de aGiklamasi yap1lan anlamlara sa-
150
151
hiptirler ve bu gruplarm her birinde bnyutlarm aym olmas1 zorunlugu vardn·. ,
Aki§kanm fiziksel 6zellikleri, aki')kamn giri§ ve ~Iki§ amnda sahip oldugu temperatiirlerin aritmetik ortalamas1 ahnarak, hesaplamr. ' Bu e§itlik, genellikle Dittus- Boelter e§itligi ad1 ile amhr.' E§itlik, Reynolds saylS! 10.000 ila 500.000 ve Prandtl sayisi 0, 73 ila 95 arasmda olmak iizere hava ve diger gazlar, su, madeni yaglar ve muhtelif organik slVllar iGin iyi sonu~ verir. Bu e§itlikte Graohof say!S! yer almaz. Giinkii (4-28) numarah e§itlik, ''ok yiiksek Reynolds say1lan ic;in kullamhr ve bu durumda tabii konvekf:>iyon bir Onem ta~amaz. kerisinde L/D teriminin yer ald1g1 bir Ge§it (4-28) numarah e§itlik teklif olunmu§tur. Bu terim, e§itlikte yer ald1g1 takdirde, (4-27) numarah e§itlikteki d iissii GOk ufak bir say1sal degere sahip olur. Bu terimin 1,0'den ba§ka bir say1 olmas1, genellikle deneysel Gah§manm hassasiyet hudutlan di§Incla kahr. 400
L
300 200
100 80 ;::!
0
~~ .>: ~
/
-·
60 50
v
Heynolds say1smm 2100 ihl 10.000 degerleri arasmdaki bulge iGin (4-28) nitmarah e§itlige diger bir boyutsuz grubun sokulmast gerekmektedir. Bu, boru yiizey temperatiiriindeki aki§kan viskozitesinin JL,, aki§kan kiitlesi temperatiiriindeki aki§kan viskozitesine ,it oram olup, 0,14 iissiine sahiptir. Bu dummda (4-28) numarah e§itlik a§ag1daki 0ckli ahr.
(4-29)
D;
p)
hD -k ~ 7
-::l. '30
degeri §ekil 4-5'den bulunur. Sekil 4-5'
deki dogru, diiz bir dogru degildir ve bu husus, (4-27) numarah e§itlikte oldugu gibi, iislerin tek bir terim serisi §eklinde olmasmm yetersiz olacagm1 ortaya koyar. Sekil 4-5'deki egri Re '= 2100 degerine yakla§tikGa, deneyle bulunan degerlerin birbirlerinden farkh oldugu goriiliir ve bu lmsus L!D teriminin tesiri ile ag1klanabilir. Prandtl sayiSinm dii§iik degerleri iGin, (4-28) numarah e§itlik lSI transfer katsaytsmm hakik1 degerini vermez. Prandtl sayiSI 0,003 ila 0,1 arasmda alan SIV! metaller iGin (4-1 numarah tabloya bakm1z) a§ag1daki bagmt1' tavsiye olunur.
v
1,0
f(
Yukandaki e§itlikte yer alan
+ 0•025 Pe
08 •
( 4-30}
Bu e§itlikte Pe, Peele! saps1 olup, a§agtdaki §ekilde tammlamr.
"-.
..>
2 -20
10 8 6
~'
60
1----
1-li-'120
~
DupC Pe = (Re)(Pr)=-k-
'
Tablo 4 - 1. Stvt sodyumun fiziksel Ozellikleri *
~---~=180
51-ft=2 3S
Temperatiir
'J 2
3
4
(4-31)
5 6 7 8 910 4
2
3
4 5 6 7 8 91cf
oc
2
Ist iletkenli£:i (kgr.kal)(m)/(hr)(m')( 0 C)
Ist kapasitesi
Viskozite
kgr.kal/(kgr)( 0 C)
(kgr)/(m)(hr)
Prandtl SaylSl
DG/,u. ~ekil 4
w
5. Dii:'llik Reynolds saytsma sahip zorlanmt$ konveksiyon i~in bir bagmtJ
[e!;iitw
lik (4-29)].
204 371 538 704
69,00 62,20 56,25 51,34
0,32 0,31 0,30 0,30
1,550 1,010 0,745 0,640
0,0072 0,0050 0,0040 0,0038
1 Boru ytizeyinde temperati.iriin <;ok ytiksek olmast halinde bu e~itli[::e (7 b/T/1·5-:. bagmttst sokulur. Burada Tb• akt~kanm ortalama (mutlak) ternperatiirii; T 5 ise, boru yiizeyinin ortalama (mutlak) ternperatQriidiir. Humble et al., Nat!. Advisory Comm. Aeronaut. Rept. 1020 (1951)'e bakmtz. ll Dittus and Boelter, Univ. Calif. (Berkeley) Pubis. Eng., 2:443 (1930); W. H.
(4-30) numarah e!;itlik, biitiin tiirbi
Mc~Adams,
samma ahr. S1v1 metal1er yiiksek
o:Heat Transmission», Me Graw-Hill Book Company, Inc., New York (1954). sahife 219. lleriki ktstmlarda bu <;alt$malar. sadece 6Mc Adam» m <;ah~malan diye belirtilecektir.
*- o:Liquid Metals Handbook». Atomic Energy Commission, Washington, D. C. (1952).
l
lSI
iletkenligine sahiptirler. Bunun bir sonucu
R.N. Lyon, Chem. Eng. Progr., 47 · 75 ( 1951 ).
152
153
olarak, tiirbiih\nsh aklmla akan bir ak1~kan 9ekirdeginin varhgma ragmen, kondiiksiyonla lSI transferinin tesiri ihmi\1 olunamayacak kadar onemJidir. Reynolds saylSlnda yer alan, yogunluk aki§kan hiZI 9arp1m1, kiitle/(uzunluk)'(zaman) boyutlanna sahiptir. Bu 9arp1ma kiitlesel hiz ad1 verilir. Lineer h1z ve yogunluk yerine kiitles~l luzm kullamlmasJ, bilhassa gazlar tal;dirinde dal1a uygundur. Giinkii, bu hem basmca ve hem de temperatiire tilbi degildir. Halhuki, hem lineer luz ve hem de yogunluk, bu degi§ken1ere ti\bi olarak degi§irler. Kiitlesel htzi G ile gi:isterdigimiz takdirde, Reynolds saylSl DG/lJ. §eklini ahr. (up)'nm bulundugu her yere G yerle§tirilebilir. CGS sistemi birimlerinin . kullamlmast halinde kiitlesel luzm boyutlan kgr/(m')(saat)'dtr. Bu durumda alan teriminden maksadm, akl§kamn kesit alam oldugu ve ISitma alam olmad1gt unutulmamahdtr. Aki§kan yolunun kesit alam sabit kaldtgl miiddet9e, kiitlesel htz da sabittir. 4-16. Silindirik olmayan borular. Bu ktsma kadar yapilan aQtklamalarda, yiizey IS! transfer katsay1lanm hesaplamaya yarayan bagmti!ar i9in, daima silindirik borular gi:iz i:iniine almmt§ ve boru 9ap1 bu e§itliklerde yer alm!§tlr. Aklm yolunun kesit alam, dairesel olmayan haller i9in meydana getirilen ve yiizey IS! transfer katsayi!anm hesaplamaya yarayan e§itliklerle ilgili bilgiler, yeterli degildi1. Bu gibi durumlarda, yukanda a9Iklamalan yapi!an bagmtilar, kullamlabilir, yalmz boru Qapl yerine §ekil fa/.:torii. ad1 verilen bir faktoriin dort kat1 konulur. Sekil faktorii, boru kesit alamnm lSltma yiizeyi 9evresine boliin-
mesi ile elde edilir. Silindirik bir boru takdirinde §ekil faktorii:
",f
2
17!:D ·= D /4
Yukandaki e~itlikte f althg1, bu madde ozelliklerinin viskoz film tabakasma ait ortalama temperatiirde hesaplandtklanm giistermektedir. Bu ortalama temperatiir, §ekil ·1-S'teki 12 ve t• temperatiirlerinin ortalamasidJr. Gok dii§iik Reynolds say1lan.takdirinde bu bagmt1, dii§iik degerler vermeye ba§lar. Gilnkil, Reynolds sayJsJmn dii§iik degerler almas1 halinde, Qalkammlar (tiirbiil:lnslar) tabii konveksiyon tesirini. ortadan kald1racak kadar biiyiik degildir ,.e bu durumda, iyi bir sonu9 alabilmek i9in (4-32) numarah e§itlige Grashof sapsnu il,tiva eden bir terimin ilavesi gerekir. Deneysel 9ah§malar, boyle bir e§itligin tide olnnabilmesine imkan verecek kadar ileriye gotiiriilememi§lerdir. Reynolds saylSlmn 50 civannda olmas1 luilinde bu e§itlige ait iislerin degi§imi, Grashof saylSI tesirinin tamamen ortadan kalkllg1 §eklinde 391klanabilir. 4-18. Born topluluklanna dik bir dogrultuda ve zorlanmlJI dol~nnla akan aklJikanlar. Boru topluluklanna dik bir dogrultuda akan gazlara ail pek 90k
bilgi me\euttur. Buna kar~1hk aym durumdaki SIVIIara ail bilgiler pek fazla degildir. Bu husus ic;in McAdams 1 a§ag1daki e~itligi tavsiye etmektedir:
(~f,~) (~Jo,33 = 1> ( Do~;·'•)
(4-33)
fonksiyonunun degeri §ekil 4-6'dan okunur. Bu §ekil, boru toplulugu 10 veya daha fazla diziden (derinlik olarak) meydana gelen c1hazlan kapsamma ahr. 10'dan az boru dizisine sahip toplulnklarda, h (4-2) numarah tablodan ahnan faktorle 9arpthr. (4-33) numarah e§itlikte D,, borunun di§ 9apt; k1 ve 11.t, klSJJTI 4-17'de ll9IklandJgJ iizere, ortalama film temperatiiriinde akl§kanm IS! ilet0
diir; bu sebeple, Gap yerine §ekil faktOriiniin kullamlmasl halinde, §ekil fakti:iriiniin dart kall almmahdtr. Bununla beraber, §ekil faktoriiniin kullamhp kullamlmamas! bu giin bile miinaka§a konusudur.
8
6 5 4
Tek silindirler d1~mda ve onlara dik bir dogrultuda akan. akJ~kanlar da, zorlannn~ konveksiyonla ISI transferi. Bu durumda Ulsamer 1 tarafmdan
4-17.
..,..
3
2
meydana getirilmi§ olan a§ag1daki bagmll tavsiye olunur:
L...-
0
8
~D =}((DG)"(C~')m kf
Bu e§itlikteki sabitler
a~ag1daki
Re 0,1 ilii 50 5o ila 1o.ooo
1
Forschung, 3 : 94 • 98 (1932).
JlJ
6
h-
(4-32)
kf
3
2
degerlere sahiptirler: K
m
II
0,31 0,31
0,385 0,500
J..-
11-1 <3456810
2 3 4 56_8_10 2
2 3 456810 3 2 3 45681
Do Gmax.
0,91 0,60
~~
Sekil 4 - 6. Boru topluluklanna dik bir dogrultuda akan aki:?kanlarla ilgili ba£:mtt no'lu e$itlik). 1
Sahife 272.
(4-33
155
154 kenligi ve viskozitesi ve G~k•, §ekil 4-7'de m ile giisterilen en dar noktalardaki k~tlesel h1z'dir. :;iekil 4-7b'de giisterilen diizende malanmi§. born toplulugu takdmnde, ~ekil 4-6'dan bulunan h degerleri (tabla 4-2'den ahnan faktiirlerle diizeltilmi§ veya diizeltilmemi§) 0,8 ile Qarpiimahdir. , Tablo 4- 2. Derinli&i N dizi olan h deSerinin, derinli~i 10 dizi olan h de&erine oram.
N
3
2
1
4
5
6
7
8
60° merkedi borular
9
1
10
-----•
0.
0
0,73
0,82
0,8R
0,91
0,94
0,96
0,98
0,99
1,0
0,87
0,90
0,92
0,94
0,96
0,98
0,99
1,0
90" merkezU borular
0
0,64
0,80
()
~?"\?
I
0
d b 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
i t i a
0
0
b
Pratikte en ~ok kar§lia§IIan IS! degi§tiriciler, §a§Irtma (yon degi§tirme) levhalan ihtiva eden Is! degi§tiricilerdir. Bunlarda slviiardan biriniri en az bir k1smi, boru topluluguna dik bir dogrultuda akmaktad1r. Bu husus, k1sun 4-25'de aQiklanacaktir.
4-19. Borular i~erisinde liiminer akmtla akan ~kanlar. Tabil konveksiyon tesiri ihml\1 olunabilecek kadar az alan, dii§ey ve yatay borular iQerisinde laminer ak1mla akan (Re < 2100) aki§kanlar i~in, a§aii;Idaki e§itlik tavsiye olunur 1 :
Sieder and Tate, Ind. Eng. Chern., 28: 1429 (1936)
transfer yolunun ti.im uznn-
4-20. Alu~kanlarda tabii konveksiyon. Bir aki§kan, ISitilmi§ bir yiizeyle temasda ise, yiizey yaknunda bulunan '\ki:;kan yoguulugunun diger kisimlardan az olmas1 sebebi ile, bu kisimdaki aki:;kan yiikselmek ve yerini sogu~ ak1:;kana terk etmek ister. Temperatiir farklan sebebi ile meydana gelen bu yogunluk farklan, ak1:;kan i,·erisinde bir akimm dogmasma sebep olur ve buna, tabii konveksiyon ad1 verilir. !vleydana gelen akimm luzi, yogunluk farklanna ve bilhassa sistemin geometrisine; Ornegin, Isitma ytizeyinin §ekline, btiytikhigiine, tertip luzma ve ak1:;kanm bulundugu kabm §ekline tabidir. Belirli bir geometrik :;ekil ve zorlanmi§ konveksiyon takdirinde, Grashof say1s1 diye adlandmlan boyutsuz grup (L'p•g 13M /:it"), Reynolds sayiSI ile e:;deger bir oneme sahiptir. Grashof say1smdaki L terimi, ISltma yiiceyinin lineer bir boyutudnr ve bunun hakild tamm1, durumun geometrisi ile degi~ir. Yatay silindirler takdirinde L, silindirin d1:; qap1d1r. Genellikle dii:;ey levha veya silindirler takdirinde L, ISI!ma yiizeyinin yiiksekligidir. Ak1:;kamn tek ve yatay bir silindir di:;mda yer almas1 halind~, tabii konveksiyon i~in ISI transfer katsayiSI, a:;ag1daki fonksiyonel bagmti ile verilir: (4-35)
Bu dunun, :;ekil 4-8''de giisterilmektedir. Kisim 4-17'de aqiklandigi gibi muhtelif boyutsuz gruplarda yer alan fiziksel iizellikler, ortalama film temperatii-
Sekil 4-7. Born toplulu&u arasmda akan akt$kanm htzl i~tin tammiar. (a) 60° mOJkezli borular. (b) 90° merkezli borular. m, (4-33) numarah e~itlikdeki ktitlesel htzt hesaplamada esas ahnan kesit.
1
ISl
lugudur.
Nu =
t i
hf =1,86[(~G)(~)( f)J" (~J"
bu e~itlikte I., kan~ma meydana gelmeden Once,
( 4·34)
riinde hesaplamrlar. Gazlarm pek 90gnnda Prandtl saylSI (kitabm sonundaki 10 numarah tabloya bakimz) hemen hemen sabittir ve bu sabitlik, her gaz i9in ge1,6 . ni:; bir temperatiir arahgmda de/ vam eder. Bu sebeple, herhangi 1.2 1/ bir gaz i~in (iirnegin, hava) (4-35) / numarah e§itlik, da!Ja pratik bir ~ 0.8 c :;ekle sokulmak maksadt ile basit<£ 0 0,4 le:;tirilebilir. ...J / SICak ci3'imler Gevrelerine ISI 0 verdikleri zaman bu, hem radyasyon ve hem de konveksiyonla olur. -0,4 6 8 2 -4 -2 4 0 Genellikle radyastjonla IS! kayb1 denen olay hakikatte radyasyon ve konveksiyonla meydana gelen ISI Sekil 4- 8. Yatay ve tek silindirler arasmda akan kay1plannm toplamidll'. Orta de- akt~kana tabii konveksiyonla tst transferi. recedeki temperatiirlerde konvek-
-
1
Me Adams, p. 176.
157
156 siyon, yi.iksek temperati.irde ise radyasyon daha onemlidir. Yukanda aQiklandigi gibi konveksiyonla ISI kayb1, siCak cismin §ekli, bi.iyiikli.igii ve tertip tarZI ile degi§mektedir. Yatay ve 91plak bir demir borudan, etrafim saran ve 26,7°C derecede bulunan havaya, konveksiyon ve radyasyonla meydana gelen IS! kaybmm ti.imi.i, 4-3 numarah tabla kullamlarak hesaplanabilir. * Bu tablodaki degerler hr deg~rleridir. Diger bir deyimle, hem konveksiyori Ye hem de radyasyonla Jst transferini kapsarlar. Radyasyon, konveksiyonun tabi oldugu kalllmlardan tamamen ayn kanunlara tabi olmakla beraber (bilhassa radyasyonun temperatiir farb ile dogr1.1dan dogruya orantiii olmasi gibi), temperati.iriin yiikselmesi ile hr degerlerinin artmas1 bunu kar§Ilar. Borunun i9 yi.izeyi ile s1cak ab§kan arasmdaki yiizey ISI transfer katsaylSI ve boru 9eperinin 1s1 iletkenligi, tabloda verilen degerlere nisbetle 90k yiiks~ktir. Bu sebeple, u· . nun h r 'ye e§it oldugu kabul olunabilir (klSlm 4-11). Tablo 4- 3.
Ctpla~
ve yatay bir demir borudan 26,7°C derecede olan havaya tst kaybt i~.rin hr degerleri
'Nominal I Yi.izeyle boru ~-~--
~;~·
~evre arasmdaki
temperatiir farb (at),,
oc
21,7 i55,5 183,3 !m,oiJ38,71166,51222,ol277,41333 1338,+44 [499,51555 1610,51666 1
12,5 10,34 12,10 13,47il5,131J6,64 18,30 21,81 25,86 30,30 35,38 41,00 47,48 54,66 62,51 71,49 25 9,90 11,61 12,93 14,54 16,05 17,66 21,13 25,18 29,62 34,70 40,26 46,70 53,83 61,73 70,66 51 9,42 11,08 12,30:13,91 15,32 16,93 20,40 24,35 28,74 33,77 39,38 45,77 52,95 60,80 69,69 102 . 8,9810,5411,76113,2714,4916,25 19,62 23,57 27,91 32,94 38,50 44,95 52,02 59,88 68,79 203 8,5910,0511,17112,69114,1015,62 18,93 22,84 27,1~ 32,21 37,72 44,16 51,24 59,05 67,98 305 8,34 9,81 !0,7612,40il3,76!5,27 18,69 22,50 26,84131,82137,33 43,73 50,85 58,70 67,54 610 I 8,00 9,42!9,4911,96!3,27!4,79 18,06.21,86 26,2131,18 36,70 43,09 50,17 58,07 66,88
!
4-21. Borular d•~mda akan sJvdar.· Bu k1sma kadar yap1lan aQiklamalar ,-e geli§tirilen bagmti!ar, hep bir boru icerisinde bilinen bir luzla akan akJ§kanlan kapsamaktayd1. Bundan ba§ka sadece, tek ve yatay silindirler dJ§mda akan ak1§kanlarda tabi1 konveksiyona ait bilgi ve bagmtJ verilmi§tir. Pratikte kar§Jla§Ilan durumlarm bircogunda aQJk!amalan yap1lan metodlarla Iiesaplama yapi!amaz. Ornegin, spiral buhar borulan ile lSJt!lan ve s1v1 ile dolu bnlunan bir. tank! goz oni.ine alalnn. Tank iGerisinde hareket eden sJvmm h!ZJ, sadece tabil konveksiyondan ileri gelmektedir. Diger bir deyimle, tanbn boyutlarma ve bu boyutlar arasmdaki orana, JsJtma spiralinin §ekline ve IS! transfer alanma, SJVJmn viskozitesine ve diger faktorlere tilbidir. $u ana kadar sahip oldugumuz bilgiler, biitiin bunlan kiymetlendirmeye yetmez ve bunun bir sonucu olarak da, boyle bir durumda film tabakasma ait lSI transfer katsayJSlm hesaplamaya
yarayacak bir metod yoktur. Pratikteki 9ah§malarda SIVJ film tabakasma ait lSI transfer katsay1smm degeri ic;in, cihazm tertip' tarzma vc SIVIIHn viskozitesine tabi olmak iizere, 10 ila 200 arasmda bir deger almabilir. Miihendisin endiistride
kaqi!a§tlgJ ISJ transferi olaylarmm bir9ogunda pek az bilgi mevcut olup, her· hengi bir hesaplama yapmaya imkan yoktur. 1 4-22. Kaynayan smlar. Kaynayan SJVJlarda lSI transferi konusu, heni.iz yeterli bir §ekilde aydmhga kavu§mamJ§tlr. Mevcut bilgiler, parca pan;a olup, bugiin i9in bu bilgilerden faydah bir sonuc Qikarmak miimkiin degildir. Saf bir SJVJ igerisine daldmlml§ yatay bir boruyu veya bir boru grubunu goz oniine alahm. Bu borulann iQerisinde su buhan veya ba§ka bir JsJtma ortam! bulurisun. Boyle bir durumda At , boru yiizeyinin temperatiiri.i ile buhar boliimiindeki basmc altmda, SJVJmn doygunluk temperatiirii arasmdaki farktan ibarettir. llt, gok ufak bir deger oldugu takdirde lSI transferinin debisi, aym §artlar altmda kaynamadan ISlnan sJvJmn JSJ transferinden pek farkh degildir. flt artt1g1 takdirde, te§ekkiil eden buhar habbeciklerinin sayJSJnda meydana gelen artma, SIVI igerisinde bir kan§maya sebep olur; bununla birlikte JSJ transfer ' katsay1s1 siir'atle artar ve JSJ transferi luzlamr. ls1 transfer katsaylSlnda meydana gelen artma, 1lt degerinde meydana gelen artma ile Qarp1ldtg1 zaman, birim JSJ transfel alam tarafmdan transfer alan 1smm tiim miktarmda daha siir'atli bir 2440000 artmaya sebep olur. ls1 transfer alamnm yiizey temperatiirii artmaya devam 486.000 I edecek olursa, bir noktada JSJ transfer 244.000 katsay1smm degeri maksimum olur; bu andan itibaren daha biiyiik llt degeri, 48.8 00 /" lSI transfer katsay1sm1 artumaz bilfrkis 24.400 siir'atle azaltJr. ls1 transfer katsaylSlnda I goriilen bu dii§me ·genellikle !lt dege4.680 I I/ rinde me} dana gelen artmalardan daha 2440 h1zhd1r. Bu sebeple JSJ transferi de azahr. Bu durum §ekil 4-9'da goriilmekte, 488 55,5 dir. Baz1 organik SJVJ!ar takdirinde JSJ Q555 5,55 transfer katsaylSI, maksimum degeri ;jl t a§ar a§maz derhal azar azar dii§meye ba§lar. Bu sebeple, maksimum IS! trans- ~ekil 4-9. Yatay borular d1~mda kayferi, yiiksek lSI transfer katsay1smdan nayan stvtlann tst transferine, temperaziyade yiiksek llt degerlerinde meyda, tlir farkmm tesiri (I) h, At (II) qfA,6..t ba8;mtts1. na gelebilir.
I 1\
1/tt
II 1\
w
1 6zel bazt cihazlar i9in tiim tSt transfer katsay1sm1 besaplamaya yarayan baz1 da&tmk bilgiler Perry, sahife 481 ve Kern, 11Process Heat Transfer, Me Graw- Hill Book Company., Inc., New York (1950), Sahife 716 ff. da bu1unmaktadlr. )I
*
Me -Adams, p. 179.
159
158 Bu durumu ara~tirmak iGin olduk9a geni§ cah~malar yaprlmi§llr. Egrinin si.ir'atle yi.ikselen k1sm1, 1s1 transfer yi.izeyi i.izerinde buhar habbeciklerinin te~ekki.il etraesi ve bunlarm. si.ir'atle bulunduklan yerden kopup SlVl i~erisinde yi.ikselmesi ile meydana gelen kaynamay1 gostermelitedir. Bu tip kaynamaya niiklecrt (habbeli) kaynama ad1 verilir. Kritik llt degerinde, buhar habbecikleri yi.izey i.izerinde bir araya gel€rek devam!t bir buhar film tabakas1 meydana getirir ve lSI transferi yapan boruyu izole ederler. Yi.iksek At degeri takdirinde lSI transferinin yi.iksek bir deger almamasmdaki sebep budur. <:;ok yi.iksek yi.izey temperati.iri.i (elektrikle ISitl!an dirender, akkor gibi) takdirinde tekrar yi.iksek 1s1 ak1m1 temin edilebilir. Saf su iqerisine daldmlml§, parlak yatay borular takdirinde bu kritik noktaya oldukqa ufak At degerlerinde (7 ila l0°C) ula§mak nli.imkiindiir. Endiistride her zaman kullamlmakta alan borular (endiistriyel celik borular) takdirinde, kritik At degeri qok dalla yiiksektir. Endiistride kar~lla§rlan cihazlarm cogu kritik At degerinin altmda cah§Irlar. Bununla beraber, bu cihazlan kritik At degerini a§maya zorlamak (cok yiiksek su buhan basmc1 kullanarak) ve cihazm hakikt kap.1sitesini azaltmak miimkiindiir. Bu olayda rol alan faktorieri giiz online getirdigimiz zaman olaym ne kadar kan§Ik yap1da oldugu giiri.iliir. Bir buhar habbeciginin lSI transfer yiizeyini kolayhkla terk edip etmemesi §u bktiirlere t&bidir: Born yiizeyinin piitiizliili.igii, pi.iri.izli.iliigiin tipi, s1vmm boru yiizeyini 1slatma derecesi, s1v1 ve habbecik arasmdaki y~gunluk farkl ve yiizeyin fiziksel tertip tarz1. Bu sebeple, keskin <;>Ikmtllara sahip piiri.izli.i boru yiizeyi, diiz bir yiizeyden veya diizgiin clkmtdara sahip pi.iri.izli.i yiizeyden daha kolay habbeciklerin kopmalanm saglar. Born yi.i- · zeyini iyi bir §ekilde 1slatan s1v1, bu yiizeyi kolayhkla 1slatmayan s1v1ya nisbetle buhar habbeciklerinin yiizeyden daha kolay kopmalar1m ve daha Qabuk uzak]a§malanm saglar. Yiikselen habbeciklerin diger habbecikleri yiizeyden uzakla§tmp uzakla~tirmamasl hususu, yiizeyin tertip tarzma tabi olup, konunun daha kan§lk bir hal almasma sebep olur. Ornegin, habbeciklerin iQ bs1mda yiikseldigi dii§ey bir boru, habbeciklerin d1§ yi.izeyde te§ekkiil ettigi yatay bir boruya nisbetle daha yiiksek krjtik At degeri giisterir. Bu hususda dikkatli ve geni§ ara§tirmalar yapllmi§ olup, literatiirde pek Qok hilgi vard1r. 1 Fakat projelendirme hesaplamalarmda kullamlabilecek §ekilde bunlan sistematize etmek mi.imki.in degildir. Herhangi bir cihaz iQerisinde habbeli kaynama m~ydana geldiginden emin olsak dahi, kaynayan ciizeltiye ait 1s1 transfer katsay1s1 ile diger faktiirler arasmda bir bagmt1 kurmak, yine de pratik bak1mdan miimki.in degildir. Bu sebeple, iQerisinde siVJ!ann kaynatJ!dij5;1 pek Qok cihaz yap1lmi§l1r. Cihazlar ice1
Me Adams, sahife 370 ff.
risinde. sivilarm dola~un luzlan, cihaz1n fiziksel yap1s1na ve stvtlar ic;erisinde dola§lmm kolayhkla meydana gelip gelmemesine tilbidir. Cihaz yapiSlndaki nfak bir degi§iklik bu dola§1mlan .pek fazla etkiler ve habbeciklerin ISI transfer yiizeyinden kopmalanm kolayla§tlrarak lSI transfer degerine tesir eder.
Bir bsim, ozel cihazlar iQerisinde' kaynayan SlVIlann ISl transfer katsay~lan ile ilgili baz1 ~ah§malar yapJ!mi§tlr. Bunlar arasmda ozel tipte yapJ!mi§ evaporasvon. cihaz]anna ait tiim !Sl transfer katsayJ!an iJe iJgiJi oJanJar, OnemJi bir vekt'm tutar. Biitiin bu Gah§malara ragmen bunlan sistematize etmek ve projeiendirme hesaplamalarmda kullamlabilecek bir bagmtl)'l Qikarmak miimkiin degildir. Bu konu; evaporasyon boli.imiinde daha geni§ ve tam bir §ekilde ele ahnacaktir. 4-23. YogunJa~an bubarlar. Doymu§ bir buhar, orne gin, su buhari, ta§Id1g1 ISIYI temasa geldigi metalik yiizeylere transfer eder ve bu esnada kendisi de yogunla§Ir. Bu yogunla§ma, birbirinden tamamen farkh iki degi§ik tipte meydana gelebilir. Bunlardan birine film tipi yogunlll§ma ad1 verilir ve yogunla§an s1v1, yogunla§ma yiizeyini tamamen 1slat1r ve onu ince bir film §eklinde orter. Yogunla§U:a yatay bir borunun d1§ yiizeyinde meydana gelmekte ise (en ,ok kar~1la§1lan durum) yogunla§an buhar, bir film meydana getirerek borunun alt klsmma akar ve buradan damlar. Born, dii§ey konulmu§sa te§ekkiil eden film borunun biitiin uzunlugunca devam eder. Diger §ekildeki yogunla§maya damlactk tipi yogunla§ma ad1 verilir. Bu §ekildeki yogunla§mada yogunla§an buhar yiizeyi 1slatmaz, fakat mikroskopik bii~·iikljikten giizle gori.ilebilir biiyiikliige kadr.r degi§ebilen biiyi.ikli.ikteki damlaciklar halinde toplamr. Bu damlaclklar bir miiddet sonra biiyiir, yiizeyden dii§er ve yiizeyi, yeni damlaciklar te§ekki.il etmesi iQin bo~alllrlar. Bu iki tip yogunla§ma, birbirlerinden oldukQa farkl1 lSI transfer katsayiiarma sahiptirler. Damlac1k tipi yogunla§manm 1s1 transfer katsayiSl, aym yi.izey ve e§it §artlar iQin, film tipi yogunla§manm ik~ hatta claim fazla kat1d1r. Bir veya diger tip yogunla§maya sebep alan faktiirler hakkmda pek fazla bilgiye sahip degiliz. Aym borunun yava§ yava~ veya birdenbire, klsmen veya tamamen bir yogtmla§ma tipinden digerine geQtigi goriiliir. Gene! olarak, diizgiin ve temiz yiizeylerde film tipi yogunla~ma, yagh ve pi.iriizli.i yiizeylerde ise damlac1k tipi yogunla~ma meydana gelir. Bugi.in iGin konunun biitiinii bizce pek az bilinmektedir. Damlac1k tipi yogunla§mamn lSI transfer katsaylSlm bulmaya yarayacak herhangi bir metod bugiin iqin mevcut degildir. Yatay bir boruda film tipi yogunla§an, yogunla§mayan gaz ve buharlara sahip olmayan ve dii§i.ik ~ir. abm 1 hlZina sahip alan doymu§ buhar igin, Nusselt a§agidaki e§itligi tiiretml§hr : 1
z. Ver. deut. Ing., 60:541,569 (1\!6); Me Adams, sahife 331, 338.
160
161 f = 0 725 '. /k'p'gA. Dp.I:J.t
'
Bu e~itlikte :
'
V
(4-36)
A= buharm buharla~ma gizli >SISI, kgr.kaljkgr p = konpensatm yogunlugu, kgr/m3 b= yogunla§mi§ buharm IS! iletkenligi, (kgr.kal)(m)/(m')(hr)( 0 C) g ivme, m/hr" ( ~ 1,27 X 10') J.l kondensat filminin viskozitesi, kgr/(m)(hr) D•= boru di§ ~ap1, m l!.t •= buhar ile metal arasmdaki temperatiir farki, oc
= =
Bu konuda yapi!an deneylerin bir kism>, bu e§itligin orta derecedeki bir hassasiyete sahip oldugunu gostermi§tir. Diger §artlar degi§meksizin, dii§ey bir boru iizerinde meydana gelen film tipi yogunla§ma i~in Nusselt a§agidaki e§itligi vermi§tir.
Bubar temperatiiriiniin yiikselmesi ile birlikte, yogunla§an buharlarla me, tal duvarlar arasmdaki, film katsay1s2 da yiikselir. Buna sebep, 'kondensat fiimine ait viskozitenin dii§mesidir. Temperatiir farkmm yiikselmesi il8 birlikte viskozite dii§er. C:iinkii temperatiir farkmm artmasr sonucu yogunla§ma luzlamr ve filmin kahnhg1 artar. Film katsayi!anna tesir eden diger iinemli bir faktiir (yukandaki e~itliklerde bu husus giiz iiniine ahnman11~trr), yogunla§amayan gazlann ortamda bulunup bulunmamasid!f. Bu gazlar, Isitilan yiizey yakmmda toplanarak, srv1 filminin direncine kendi diren~lerini de katarlar. Temperaliir farlmnn degi~imi. (4-23) numarah e§itlik, sadece Isrti!an yiizeyin her yeri i<;in, temperatiir farh sabit oldugu zaman uygulanabilir. Bu fark sa bit olmadigi zaman !lt yerine, ortalama temperatlir fark1 lltm kullamlarak e$itlik bir miktar degi§tirilmelidir. Bir IS! degi§tiricisini (e§anjiir) giiz iiniine alahm. Boru iQerisindeki srcak 4-24.
aKI~kan ISISim vererek T1 temperatiiriinden T2 temperattirtine sogurkeu, boru c~!jmdaki
(4-37) Bu e§itlikte yer alan sembollerden L, borunun uzunlugu olup, digerleri (4-36) numarah e§itlikteki anlamlara sahiptirler. (4-36) ve (4-37) numarah e§itliklerin her ikis;nde de yer alan k, I' ve p degerleri, a§ag>daki e§itlikle belirli kilman bir t1 temperatiiriinde iil~iilmii§lerdir.
t1 =
t~-0,75At
soguk aki§kan bu ISiyi alarak t, temperatiiriinden t, temperatliriine
1s1mr. Bu i~ ic;in liizumlu boru uzunlugunun, hesaplanmas1 islenilmi§ olsun ve biz, 1 m uzunluktaki borunun 1 ni2 rs1tma alamna sahip oldugunu kabul edelim.
Yuka
(4-38)
r,
Yukandaki e§itlikte tw, doyniu§ huharm temperatiiriidiir. Nusselt, bu e§itligi tiiretirken baz1 tahminler yapmi§tlr ve bunlarm iinemli ·.,J~nlan §lmlard!f: (1) Is1 transferine kar§I koyan diren~lerden sadece yogunla§an buharm te§kil ettigi film tabakasmm direnci iinemlidir. (2) Yogunla§an buhar laminer aki)llla akmakta ve bu sebepten, 1s1 transferi sadece kondiiksiyonla meydana gelmektedir .• Dii§eY borularla yapi!an deneyler, (4-37) nurnarah e§itlikten hesaplanan degerin %30 ila %50'si kadar yfi:ksek sonu<;lar vermi§tir. Bunun boyle olmasma, yogunla§an buharm meydana getirdigi film t~bakasmda tiirbiilanslarm dog" mas1 sebep olabilir. Pratikte daha fazla, damlac1k tipi yogunla§ma ile kar§Ila1 §Illf ve bu tip, film tipi yogunla§madan daha yiiksek sonu~lar verir. Bu sebeple, (4-36) ve (4-37) numarah e§itliklerden hesaplanan degerler olduk~a kesindir. 1
Kirschbaum, Chern. -lng., 23 : 361 · 367 (1951).
Tz
0:: ,::o
t:J.t,
';:;:
tz
0::
w
_lht
t2
0..
:;;:
w
I-
t, UZAKLIK
$ekil 4- 10. Paralel ak1mh ISl
degi~tiricilerinde temperatlir
farklan.
e§itlik, tck tek bu lasimlara uygulanabilir ve sonra bu kisimlarda transfer alan ISIDin toplamr bulunur. Bu i§lem matematik olarak §iiyle yap1hr: (4-23) numarah e~itlik, borunun ufak bir par~as1 giiz iiniine almarak diferansiyel bir e~itlik §eklinde yaziilf ve sonra bu e§itlik, borunun tiim uzunlugu giiz iiniine almarak entegre edilir. · t.
Catalta~
-
Kimya Mi.ihendisli8;ine Giri$
l'. 11
162
163
Bu i:izel hal i~in, (a) 1s1 transfer cihazmm her noktasmda tilm 1s1 transfer katsay!Sl ve (b) ak1§kanlarm her birinin ozgiil lSl!an sa bit kabul_edilirse,. (4-23) numarah e~it\ik, entegre edilebilir ve entegre olunmu§ §ehl, a§ag1dah g1b!d1r. l!.t 1 -
At,
q = U a LIn (AI1/At,f
( 4-39)
D.tm a§ag1daki 0eki\de hesaplamr. M,- Al 2 Aim= In (AI 1/AI,)
(4-40)
•
Aynca tiim 1s1 transfer alam A,
A=aL Bu degerleri (4.39) numarah e 0itlikteki yerlerine koyahm. q = UA lltm
(4-41)
(4,41) ve (4-23) numarah e§itlikleri kar§lla§tlrdlglmlz zaman benze: o!duklanm gi:irilrilz, yalmz aritmetik temperatilr fark1 yerine (4-40) numarah e§1thkle hesaplanan logaritmik ortalamq temperatilr farh konulmu§tur. Logantm1k ortalama temperatiir farh, (4-17) numarah e§it\ikle hesaplanan ve kahn gep~rh borulann logaritmik ortalania yanQaplanm veren e§itlikle aym §ekle. sah1pt1r. ill, ve. M, hemen hemen birbirlerine e0it ise, (4-17) 11umarah e§Jthk 1~m venlen hassas1yet limitleri i~erisinde, ll.tm igin aritmetik ortalama kull-amlabilir. 4-25. Paralel ve ters aknnla ISI transferi. Temperatilr farkmm logaritmik ortalamasml veren formilliln g1kanh§mdll, s1cak ve soguk akl§kanlarm cihazm aym ucundan girmekte ve birbirlerine paralel olarak akmakta oldugu kabul olunmuotur. Bu §ekildeki ak1m, paralel akzm adm1 ahr. Bunun tam z1ddJ olan metodda s1eak ah 0kan cihazm bir ucundan, soguk ab§kan ise diger ucundan girer ve birbirlerine z1t yiinde akarlar. Bu §ekildeki ahma da ztt akm; veya ters abm adlan verilir. Bu dmum igin temperatilr degi 0imi, §ekil 4-ll'de §e· matik olarak gi:ist~rilmekted.ir. Ters ak1mla gah 0Jld!gl takdirde, UZAKLIK cihazm uzunlugu boyunca meyda'na gelen temperatiir dii§ii§li, paSekil 4- 11. Ters aktmla ~ah~an bir lSI de£:i$tiriralel ak1ma nisbetle gok daha fazcisinde temperatiir de8i$imi. la bir yakla 01khkla sabittir. Sekil 4-lO'dan da kolayca giiriildiigii gibi, cihazm abokan glkl§ma yakm k1smmda
birim 1s1 transfer alammn tesir derecesi, cihazm giri~ kismi.na nisbetle \";Ok daha azd1r. (:iinkii, ~1k1§ kismmda temperatiir dii~ii§ii, giri 0ten olduk,·a ufakllr. Diger taraftan ters ak1mla gah~lld1gl zaman, cihazm bir ucundaki !Sl transfer alanmm tesir derecesi hemen hemen diger uc;takine e§ittir. Bu sebeple, lSltma yiizeyinin hemen her noktas1 sabit bir 1s1 transfer kapasitesine sahiptir. Bundan ba~ka, ters akimla gah~1ld1gl takdirde sicak ak1 0kamn 91ki~ temperatiirii, soguk ah 0kanm 91ki~ temperatiiriiniin oldukga altmdad1r. Bu suretle, s1eak akl§kamn sahip oldugu JSlllln biiyiik miktan ahnml§ olur. . Sekil 4-10 ve 4-ll'de her iki ak1~kanm da temperatiirleri degi§mektedir. Bu, her zaman igin zorunlu degildir. Ornegin, soguk bir akiokanm yogunla§an s1cak bir ak1~kanla lSltllmasl gibi. Bu durumda yogunla~an buhann temperatiirii, cihazm uzunlugu boyunca sabit kabr. Buharm bulundugu klSlm, yeterli bir biiyfrkliige sahip oldugu igin iinemli basnw farklan meydana gelmez. Aym ~e kilde Slc?.k bir ak1 0kan, buhar .ilreticilerinde oldugu gibi, soguk bir ak1okam sabit basmg altu:lda buharla§tll'mak i9in kullamlabilir. Biitiin bu durumlarda, ll.tm ifadesi aymdll' ve paralel akim igin hesaplamrken kabul olunan hususlar, 'aynen mevcuttur. Her iig durumda da ortalama, cihazm iki ucundaki temperatiir dii§ii~leri farhm, bunlarm oramnm tabii logaritmasma bolerek elde olunur. (:ok ge9i01i ve 0 a~ll'tma levhah 1s1 degi 0tiricilerde (0ekil 4-18 ve 4-20), ah 0kanlarm ak1m1 ne paralel ve ne de ters akimdn. Bu durumda (4-41) numarah e§itlik a~ag1daki §ekilde bir degi§meye ugrar.
Yukandaki e~itlikte bulunan Y faktiirii diyagramlardan almu. Sekil 4-12'de giisterilen duruma A logaritmik ortalama bagmtlSl uygulanamaz. (:iinkii, bu durumda s1cak ab§kan a 0m Jsltllml§ bir buhardn. B Bu buhar, once AB egrisini takip ede-
1
c
rek yogunla~ma temperatiiriine so-. gur. Sonra BC dogrusu boyunca yogunla~Jr ve te§ekkiii eden s!Vl, CD dogrusu boyunca sogur. Sogutma suE yunun temperatiirii, muntazam bir §ekilde E'den H'ye dogru yiikselir. UZAKLIK Bu durumda yap1lacak en iyi i§, cihazm iig klsma aynlm1 0 oldugunu Sekil 4- 12. A~m Ismmi~ buhann yogu~la!) masmda temperattir de&i!$imi. dii!;iinmektir. Birinci klSlm AB egri par~as1 ile giisterilmekte olup, buharm sogutulmas1ha aittir ve bu ktsim ic;in '
Perry, sahife 465 - 466.
165 164 logaritmik ortalama temperatiir dii§ii§i.i hesaplamr. Bu logaritmik ortalama temperati.ir di.i§ii§ii, bu k!Slmdaki IS! transferinin hesaplanmasi i9in kullamhr ve bu k:Ismm alam (4-41) riumarah e§itlikle hesaplamr. Diger iki kisimdan her biri aym §ekilde hesaplamr ve bu ii9 ISI transfer alam toplanarak ti.im IS! transfer alam bulunur. Bu metod, bir govde i9erisinde ii9 ayn lSI degi§tiricisinin yer almasma e§degerdir. AH ve DE noktalanna tekabiil eden temperatiir dii§ii§leri- . nin ortalamas1 almacak Dlursa, biiyiik bir hata yapi]mi§ olur. 4-26. Degi~en temperatiir dii~ii~ii ve degi~en 1St transfer katsaylSl. (4-39) numanih e§itligin tiiretilmesi esnasmda baz1 on kabuller yapilmi§tir. Bunlann en Onemlileri, 'tiim 1s1 transfer katsayistmn :ve Ozgtil tsmm sa bit olu~udur. Cihaz i9erisinde bu iki deger onemli miktarda degi§ecek olursa, temperati.ir farkmm logaritmik ortalamas1 bir iinem ta§Imaz. Bu durumda, grafik entegrasyon metodunun uygulanmas1 en basil yoldur. lsi degi0tiricisinin dL uzunlugundaki bir k1smmda transfer alan Ismm miktari, a§agidaki e 0itlikle hesaplamr.
dq ·== U a(T- t)dL
(-1-42)
Bu e§itlikte T, s1cak aki§kamn temperati.iri.i; t, aym kisimda soguk aki§kanm temperatiiri.i; a, birim uzunlugun 1s1 transfer alam olup; L, s1cak ak:I§kamn ak:Im yiini.inde o!Qiili.ir. lsi kayb1 olmadig·m, kabul ederek enerji dengesi, a§agidaki
(4--45) numaruh e§itligi kullanabilmck ic;in bir scri t degerinin (t., t,, t, ... t. gibi) se<;ilmesi h'iznndtr ..\ym ktstmlarda s1cak SIYmm temperatiirii strasl ile' T., T,, T, ... T. olsun. Soguk siviyi belirli bir temperati.ir agidaki e§itlikle giisterilen kridar sogumast gerekir.
·r,
l
we
".s. arasmdaki arahklar yeteri kadar kii9iik seGilecek olursa, c ve C
fa . I b
.. •
(-1-43)
dq ==we dt
(4-44)
ve Yukandaki e§itliklerde:
W == sJCak aki§kamn debisi, kgr/saat
=
soguk aki§kanm debisi, kgr/saat C 1== SJCak akJ§kamn ozgii\ lSJSI C == soguk akJ§kanin ozgi.il ISIS!
(4-42) numarah e§itlige (4-43) veya (4-44) numarah e§itliklerden biri e§deger kilmabilir. (4-44) numarah e§itlik se9ilecek olursa, durum a§agidaki §ekli
ahr.
U("; t) df
=
a dL
TEMPERATUR Sekil 4 ~ 13. 1st transfcri problemlerine gulanan grafik entegrasyon.
uy~
degerleri bu arahklarda sabittir ve entegrasyon bu §ekli ile dogrudur. t ve T'nin bilinmesi halinde bu noktalara ait ylizey IS! transfer katsay1lan (ve bunlardan da tiim lSI transfer katsaylSl U) hesaplanabilir. (4-45) numarah e~itlikte dt ve dL haric; biitlin terimler bilinmektedir. Sekil 4-lS'de gosterildigi §ekilde we/U(T-t) degerleri t degerlerine kaq1t olarak bir grafik kag1dma yerle§tirilir. 11 ve 12 limitleri arasmda, egri altmda kalan alamn grafik entegrasyonu a>ag1daki e§itligin sonucuna e§degerdir.
{,
dq == -WC dt
t, ta tb tc td te t2
( 4-46)
we
§ekilde kurulur.
w
['•
. r" WCdT=J,. wedt
t, ·- we-
• I]
U(T-t)
iL
dt=a
(4-42) Ye (4-43) numarah c>itlikler, lanabilir.
dL=aL
(4·47)
0
birle~tirilecek
olursa avm metod uygu-
Omek 4~4. 1 atm basmc;: ve 37,8°C derecede bulunan 28 m3fsaat debiye sahip kuru karbon dioksid gazmm 2l,l°C dereceye so&_utulmast istenilmektedir. Gaz dt~ c;:ap1 25,5 mm (1 parmak) ve et kalmhgt 1,24 mm alan baktr borular ic;:erisinde bulunmaktadtr 1• Bu borularm her biri di$ 9ap1 38,25 mm (1 1 / 2 parmak) ve et kahnlt&t 1,65 mm alan diger bir baktr boru i9erisine konulmu$ olup, borular arasmdan htzt 0,3 m/saniye alan ve 10°C derecede bulunan su akmaktadtr. Borular arasmda akan suyun y6nli, gaz akt$ y6nliniin aksidir. Gazm boruya giri:;; htzt yakla~tk olarak 6 m/saniye kadardtr. Liizumlu boru sayiSim ve her bir borunun uzunlugunu hesaplaymtz. «;Oziim. Boru saylSlmn hesabt. Dt:;; 9ap1 25,5 mm ve et kahnhgt 1,24 mm clan borunun iJ; kesit alam 412.,5 mm2 = 0,000412 rn 2 dir (iHlve tablolar 6). 6 mjsaniyelik gaz htzma gOre, borulardan her birinin:
(4-45) I
Kullamlan borulann BWG numaralan strasi ile 18 ve 16 du.
166
167 (0,000412 m0 ) (6 m/saniye) (3600 saniye(saat)
de~erinde
= 8,9
m'(saat
gaz tm;amast gerekmektedir. Bona gOre, birbirine paralel
ti~
boru ihtiyacJmtzt kar-
~tlayacakttr.
Aktm, tam bir tlirbtil3.nsh aktm oldugu ic;in (4-28) numarah e~itlik kullamlabilir. 113.ve tab1o1ardan 7b yard1m1 ile k = 0,0143 (kgr.kal) (m)/(hr) (m') ('C) ve tablo 10 yard1m1 ile Pr = 0,766 olarak bulunur. Bu degerler, (4-28) numarah e~itlikteki yerlerine konulur.
Transfer olan lsmm miktart. 2 atm. mutlak basm!t ve 37,8°C derecede 1 m 3 C02 'nin ag1rhgt" (kiSlm 1-9) :
+
44 ) ( 2 )' ( 273 0 ) ( 22,4 T 273+37:8
= 3•45
kgr/m
'
Buna gOre, sogutulmast gereken gazm tUm a&trh&t: (28) (3,45) = 96,6 kgrjsaat. Ortalama temperatiir olan 29,5°C'da CO:tnin Ozgtil tsJst 0,202 dir (ilftve tablolar 8). Bu durumda transfer olan
lSlDm
= (O,O~~~~~S~ 143l
11
~lkl~
Halka $Ckilli krsmm kesit alam = 0,000442 m2
miktan :
0,000442 100
~ekil faktorli = O,OS0
11- parmakhk borunun iy kesit alam = 9,000948 irfl 1 parmakhk borunun d1~ kesit alam = 0,000506 ffi2 Borular arasmdaki k1smm kesit alam
= 0,000442
m2
Birbirlerine paralel tiy boru bulunmast sebebi ile suyun geyti8;i tiim kesit alam : (3) (0,000442) = 0,001326 m' dir. Suyun ak1m b1Z1 0,3 m(saniye = 1.080 m/saat o1du~una gOre, suyun debisi : (0,001326) (1.080) (1.000)
= 0,0801 m
lsihlan 9evre
temperatiirii :
= 1.432
kgr/saat.
Suyun temperatlirlinde meydana gelen ylikselme 326/1.432 = 0,22°C ve bu sebeple, suyun !;akl~ temperatlirli 10,22 °C olacakttr. Ortalama temperatiir farkz
at, = 37,8- 10.22 = 27,58 = 27,6'C at, = 21.1-1o,oo = 11,1 'C atm = 27,6-11,1 18,12'C 27,6 1n 11,1
kgr.ka1/(hr) (m') ('C)
Su ifin lSl transfer katsayiSl. !ki -boru arasmdaki halka ~ekilli kts1m ic;in Reynolds saYISIOI hesaplarken, D yerine ~ekil fakttiriiniin (kiSJm 4-16) dtirt katmr koymak gerekir.
(96,6) (0,202) (37,8- 21,1) = 326 kgr.ka1/saat Suyun
= 50,7
(34.760)'·' (0,766)"'
= 0,0055 m
D = (4) (0,0055) = 0,022 m u
= 0,3
p
= 1.000
kgr/m'
!.t
= 1,31
santipuaz
m/saniye
= 1.080
m/hr
= (1,31
X I0- 3) (3.600)
(0,022) (1.080) (1 .000) 4,716
Re
= 4.716
kgr/(hr) (m)
5.038
Bu durumda (4-29) numarah e$itlik ve (4-5) numarah ~ekil kullamlmahdtr. Re = 5.038 degeri ic;in y'nin degeri yakla!iik olarak 21 'dir. Suya ait lSI transfer katsaylSlntn gaza ait ISI transfer katsaylSlndan c;ok biiyiik olmast miimkiindiir ve bu durumda, suya ait film tabakasmda temperatiir dii$ii$ii ufak olacak, temperatiir dii$li$iiniin bi.iylik bir k1smJ gaza ait film tabakasmda meydana gelecektir. Bu sebeple, metal ylizeyinin ortalama temperatlirii yakl~Ik olarak suyun ortalama temperatiiriine e$it bulunacak ve (·!k/J.t.)0 •14 faktOrliniin de&eri 1 olacaktlr. Bu durumda a$agrdaki bagmtt yaztlabilir. 21
=
hD!k (C!.t/k)l"
10°C derecede bulunan su ic;in :
Aritmetik ortalama temperatiir fark1 19,4°C olup, logoiritmik ortalamaya nisbetle % 7 kadar yanh!itir.
Gaz t,in m transfer katsayzsz. tlk Once gaz aktmmtn tiirbiil3.nsb olup olmadt8mt ara$tmnanuz gerekmektesJir. Bu sebeple, Reynolds sayt!:>~~! hesaplayahm. Gazm Ozelliklerinin, ortalama (gazm bulundugu) temperatlirdeki (29,5°C) Ozellikter olmast gerekir.
k
= 0,5
Pr = 9,50
21 =
(kgr.kal) (m)/(hr) (m') ('C)
(!lave tab1o
~)
(!lave tablo 9)
(h xo.~,on) (9,5)-'·"
bu C$itlikten h = 1.050 kgr.kal/(hr) (m2 ) (°C) olarak bulunur.
D = 0,025 m
=
u = (6) (3.600) 21.600 m/saat p = 3,5 kgr(m3 !.!. = 0,0151 santipuaz = 54,36 X 10- 3 kgr((saat) (m) R _ Dup _ (0,025) (21.600) (3,5) . 34 760 e - !.t 54,36 X 1o-•
(ilave tablo 2)
Tiim 1s1 transfer katsay1s1. Gaza ait lSI transfer katsaylSI, suya ait olana nisbetle 90k ufak oldugu i9in, tiim tst transfer katsaylSl yakla$tk olarak gaza ait tst transfer katsay1sma C$ittir. Aynca lSI transferi, boru iy yiizeyi esas ahnarak hesaplanacaktlr. Bu durumda (4-25) numaralt C$itlik kullamltr.
169
168
Jik yardtmt ile hesaplanacakttr. Muhtelif aktskan Ozellikleri (4-38) numarah C$itlikle tammJanan tr temperatiiriindeki del!erler olmahdtr. Bu durumda tJ.t = 108- 87 21 oc olup,
=
1 O,OOIJ95 +-o"","'oo;;;o'"o"o3"'7+ O,lii97
u
~
Yukandaki hesaplama ince r;eperli bak1r boruya ait direncin ne kadar ortaya koymaktad1r. Liizumlu
I.H
t1 = 108- (0,75) (21) = 93°C
1 0,0206 = 48,5 kgr.kal/(hrl 1m' I i'CJ
transfer ·a/am. Bultman dcgerler. (4-41) numarail
93°C derecedeki aklskan Ozellikleri (4~36) numaralt e~itliSe yerle$tirilir.
Onem~iz
e~itli!:e
oldugunu,
konulur.
326 = (48,5) (A) (18,12) A = 0,37
k
= 0,583
p
= 963 kgr /m 3
g
= 1,27
I _
6 numarall ilUve tablodan gbrlilecegi lizerc 25,5 mm (1 parmak) c;apa 5ahip borunun her metresi 0,07196 m02 it; ylizeye sahiptir. Birbirlerine paralel lie; boru bulunduguna gOre. borulann istenilen uzunlugu (her bir boru ic;in) :
tlk Once su aktmma ait Reynolds saytstnm hesaplanmasma
= 2,5
u
mm
= 0,0255
ihtiya~
vardtr.
diren~
= htAt -1 -
. . L M eta I dtrenct = k Am
suya att.
d'trenc;
= h 21.42
Alanlar, ~aplarla oranhh oldu&u ic;in Al' Am ve A 2 alanlan yerine Dl' Dm ve D 2 c;aplan kullamlabilir. D /D 2 = 1,25 oldugu i<;in, yeter bir hassasiyetle aritmetik ortalama ahnabi1
m
1
Su buhannm direnci
(0,0255) (9,0d0)(981)) 1,55
145.100
Toplam
Aktmm tam bir tlirbiiHlnsh aktm olmast sebebi ile. (4-28) nurnarah lir. Buna gOre:
e~itlik
kullantlabi-
k = 0,567 (kgr.ka1) (m)/(hr) (m'l (°C)
Re = 145.100
D = 0,0255 m
Pr = '2..73
= o,o23
1 (38, 7) (0,0288)
Metalin direnci ' . Suyun d trenct
0 567 : (145.100)'·'I2,73)'·' 0 0255
= 10.360
Su buharma ait film tabakasmm ISl transfer katsaylSI. ilk Once su buhanna ait direncin, yakla~tk olarak, suya ait direnc;le (borunun su bulunan tarafmdaki diren<;) aym btiytikli.ikte oldugunu kabul edelim. Bu sebeple, metal ytizeyinin temperatUrli. yakla$tk olarak su buhanmn ve ortalama su temperatiirliniin arasmda bir de£erdir. 0,35 kgr/m 2 degerinde basmca sahip doymu~ su buhanmn temperatlirti 108°C dir. Ist transferi, (4-36) numarah e~it-
= 0,003773
(8,280) (0,0321)
m/saniye = 9.000 mjhr
11 = santipuaz = (0,43 X I0- 3) (3600) = 1,55 (kgr)/(hr) lm)
11
[(0,583)3 (963)2 (1,27X 108) (534,32)]'' 4 = 8 _280 (0,032) (1,09) (21)
Iir.
p = 980 kgr/m'
Re
0 •725
Su buhanna ait
Omek 4-5. 66°C derecede bulunan su, et kahnhib 3.3 mm ve <;apt 25,5 mm o!an yatay bir boru ic;erisinde 2,5 mfsaniye htzla akmaktadtr. Borunun d1~mda basmct 0.35 kg:r/cm2 olan doymu$ su buhan yer almaktadrr. (a) ic; ylizeyi esas alarak tUm IS! transfer katsay1smJ hesaplaymtz, (b) dt!$ yiizeyi esas alarak tUm tst transfer katsaytslm hesaplaymtz ve (c) gaz ve stvt film tabakalan ile, metal c;eperini ge<;i~te meydana gelen temperatUr dli$lislerinin her birinin, ttim temperattir dii$ii$linlin yiizde kac;t olduklannt hesapbymtz.
= 25,5
At= 2!°C
X 10' m/(hr)'
(4~36) numarah e~itlikte kullanmak maksadt ile yapmt~ oldu£;umuz ·mm temperatiirli tah~ minini kontrol etmek is:in, bireysel diren~ler asa£:tdaki $ekilde hesaplanabilfr.
0,37/(3) (0,0719) = 1,715 m
D
f.!,= 0,303 santipuaz = 1,09 kgr/(hr) (m}
). = 534,32 kgr,ka1/kgr.
m2
f -
«;Oziim.
D = 32mm = 0,032 m
· (kgr.kal) (m)/(hr) (m') ( 0 C)
= 0,002961
= 0,003780
1
= (10.360) (0,0255)
o,oio514
dirln~ =
Buhar filmine ait temperatiir 0,003773) (108- 66) ( O,Ol0 514
dii~i.i~ii
:
= 15,07 = 1soc
ve
Buna gOre, metalin buhar ytizlindeki temperatiirli: 108- 15 = 93°C t1
= 108- (0,75) (15) = 97°C
97°C derece i~:;in, su buharma 'ait k
= 0,583 =
ISI
transfer katsa~smt tekrar hesaplayaltm. 0
(kgr,ka1) (m)/(hr) (m') ( C)
p = 959,5 kgr/m
3
1,27 X 10' m/(hr)' A = 534,32 kgr.kaljkgr
g
ve
D = 0,0321 m !1 = 0,29 santipuaz
t:J.t= 108-93
= 1,004 = 15°C
kgr/(br) (m)
171
170
11
=
[
(4- 36) numarah e$itlikte yer alan Ozellikleri 93°C yerine 97°C'da almamtz halinde meydana gelen biitiin degi$meler, ihm5.1 olunup ve sadece (1/ At)0 .-25'in tesiri dikkate ah~ nacak olursa, h = 9.008 olarak bulunur. Bu deger, tiim bir hesaplama sonucunda elde olunan 9.090 de&erinden farkhdtr. Filni temperatiirii ve temperatiir dii:;;ii$ii hususunda yaptlacak diger diizenlemeler, su buhanna ait lSI transfer katsaylSlm pek az de&i$tirir. (a)
Su buhannm temperatiirli = 108°C = 21 °C Suyun temperatiirii
lr yilzeyi esas alan tiim rst transfer katsayiSI. (4-24) numarah · C$itlik kullamhr. = 38,7
h.,_ = 9090
D2
= 0,0321
D, = 0,0255
Dm = 0,0288
L
u
Ill
= 8280
k
h,
.
1
( 3~; ) + ( -~:~;m ( 0
v (dV) dt
3
~ =.!_
9.;90 )
+ 0,0000755 + 0,0000874
1 0,000284
-~,.,;=~
-
3.520
de&erleri
u
u
D,{ D1h1
yerle~tirelim
1
=
V ve t'den meydana gel en diyagramda, e~rinin e8:imi
S1vilann pek \=08u. temperatiir de8i$imine tabi olarak hacimlerini stir'atle de&i~tirmez ler. V ve t de&erleri ile meydana getirilmi$ diyagramda tam bir do8ru elde edilemez, fakat e&rilik de pek auhr. Bu sebeple, termal genle$me formiilii sonlu farklar $eklinde yaztlabilir.
+ D,LJDmk + 1/h, ve U'nun degerini hesaplayahm.
1 0,0321) ( 1 ) ( o,o255 8.28o
+
( 0,()321) ( 0,0033) o,o288
1
ssT + 9.o9o
1
i0,000152
+ 0,0000953 + 0,00011
2.798
0,000357
(c) Temperatilr diifil~leri. Temperatiir dU$ii$leri, termal direnylerle dogrudan dogruya orantdtdtr. Bunlar Omegin (a) ktsmmda hesaplanmt$tlr.
Suya ait film tabakasmda,. ytizde temperattir dtijtijti
= 100
(
~:~~~~~ ) = 42,6
0 0000755 • Metal <;eperi ge<;ijte, ytizde temperattir dtioti
(g:~~~:~ 4 ) = 30,78
ty yapt 12,7 mm olan ve iyerisinde 0,35 kgrfm 2 basmyta su buhan ta$Iyan !,;elik bir boru, su ile dolu bir tanka daldmlmt$tlf. Tankt dolduran su, 21 °C'a eristi&i anda tst transfer katsaylSlm hesaplaytmz.
Omek 4.6.
Bu e$itlikte: V = t temperatiiriinde akt$kamn Ozgiil hacmi dV fdt
(b) Dl$ yilzeyi esas alan tilm rsz transfer katsayw. (4-24) numarah C$itlik, $imdi a:;;a&tdaki ~ekilde yazthr.
U=
87'C
Sekil 4-S'de yer alan Grashof sayiSI i!;erisinde ~, termal genle$me katsay1s1 bulunmaktadtr. Bu, a~a~1daki C$itlik yardtmi ile hesaplanabilir.
i
0,000121
=
Ortalama film temperatiirii 108°C ve 21 °C dereceleri arasmda bir degere sahip olup, 64,5'C = 65'C d.r.
= 0,0033
82~0 + ( ~:~~~D
U=
E~itli8e
c;oziim. Suya ait '" transfer katsay"'• su buhanna ait m transfer katsaymndan say,ca ufak olabilir. Bu durumda, tiim tst transfer katsaytst, yakla~tk olarak suya ait tst transfer katsaytsma esittir. Bu sebeple, sadece suya ait tst transfet katsaytslm hesaplamamtz gerekmektedir. Problem, klSim 4-20'de incelenmesi .yaptlan durumun kapsamma girmi~tir ve $ekil 4-8'de gOs.terilen, (4-35) numarah e$itlik kullamlarak !;Oziimli yapthr. Aym zamanda, tiim temperatiir diisii~iiniin en biiyiik ktsmt, suya ait film tabakasmda meydana gelir; aynca metal yiizeyinin, su buhannm temperatiiriinde (108°C) oldugu kabul olunabilir. ~.tok
Bu
e~itlikte:
V 1 = 11 temperatiiriindeki Ozgiil hacim
= 12 temperatiiriindeki Ozglil hacim V = istenilen t temperatiiriindeki Ozgiil hacim derecedeki ~ de8erini bulmak i~in t2 = 70°C ve t 1 = 60°C V2
65°C durumda (Have tablolar 9) : I
v, =983= 0,0010171 1 v, = 978 '= o,oo1o225 1
V=~8o B = (980 ) (0,0010225- 0,0010171 ) _ 0 000529 706U -,
1
olarak almabilir. Bu
172
173
(4M35) numarah ~
e!1itli~e yerl~tirilecek
= 0,000529
deSerter
!it=
D = 010127 m
a~a8tdadtr.
Dalga boyu 0,8 ilil 400 rnikron arasmda olan radyasyona "termal radyasyon" ad1 verilrnektedir. Fakat, endiistride ~ogunlukla kar~J!~Ilan Ierma! radyasyonlarda dalga boylan 0,8 ila 25 mikron arasmdad!f. Termal radyasyon, 1~1k gibi elektrornagnetik bir olay oldugu i<;in, I§Ik kanunlanna uyar. Diger bir deyjmle, duz bir dogru boyunca hareket ederler 've yiizeyler tarafmdan yansitilabilirler.
87°C
c = 1,0
= 980 kgr/m' g = 1,27 X 108 m/(hr)" p~ = 2,73
l.t = 0,43 santipuaz = 1,548 kgr/(hr) (m)
p
k = 0,567 (kgr.kal) (m)/(hr) (m') (C 0 )
.Bir yiizey tarafmdan yay1lan t~rrnal enerjinin cinsi ve miktarL temperatiiriin yiikselmesi ile artar. Kat! maddelerin ve stv1larm (son derece ince bir film tabakasi olanlar harig) yiizeyleri tarafmdan yayilan radyasyon enerjisi devarnh olup, biitiin dalga boylarma (s1hrdan sonsuza kadar) dagilm1~tir. Bununla beraber, enerjinin en biiyiik kisrni, oldukga dar s1mrlar i<;erisindeki dalga boylarmda toplahmt~tlr. Goriilebilen radyasyon bolgesinin enerjisi, termal radyasyona nisbetle ihmal olunabilecek kadar azd1r.
Gr = _,(col,,27'-'X=IO,_Bl._,("'0,.:_01"'2c7c)'-.3'i.(O'ie,O:i'00"=5'-"2"-'9)-'(8"-'7.!...)("'9"'80"--)2:_ = 4 ,79 X IO' (1,548)2 Jog Gr = 6,682 log Pr = 0,436 log (Gr) (Pr)
= 7,118
Sekil 4-8'den, Jog (Gr) (Pr)
= 7,118
oldu~u
zaman log (Nu)
= J,5
ve Nu
= 31,6
olarak bu-
lunur. h
= (31,6) (0,567) (0,0127)
1.410
Ozel bir yiizeyin (mutlak siyah cismin yiizeyi, ileride tamrnlanacaktir), hirim alam tarafmdan birim zamanda yayilan radyasyon enerjisi, dalga boyuna kar§tt ~larak bir grafik kag1d1 iizerine yerle~tirilecek olursa, yiizeyin. degi~ik ternperatiirler> i<;in degi~ik egriler elde olunur. Bil durum, ~ekil 4-14'de gosteril-
Su buhanna ait tst transfer katsaytst 10.000 civannda oldu8u iQin, problemin b~mdaki dti~iinii~Umiiztin doB:rulu~u ortaya 91kar. Di8er bir deyimle, tiim tst transfer katsaytsmm hesaplanmasmda biittin Onem, suya ait tSt transfer katsaytst tizerinde toplanmaktadtr:
9,7rf 4-27. Radyasyon. Konveksiyon ve kondiiksiyonla ISI transferinde, aym zamanda ve gogunlukla, radyasyonla ISI transferi de vardir. Radyasyonla IS! lransferinin diger iki ~eki!deki lSI transferine nisbetle re!atif Onemi, temperat(ir derecesine tabi olmasidtr. Temperatiiriin yiikselmesi ile birlikte daha fazla onem kazamr.
4 6x70 5x704
Mutlak s1hr noktasmm iistiinde bir temperature sahip her cisim, enerji ne~ reder. Rudyasyon elektromagnetik bir olaydlf ve meydana gelebilmesi igin herhangi bir ortamm araya girmesine ihtiyag gi:istermez. Mutlak vakum ve uzay . igerisinde, hava tabakas1 igerisindeki kadar tesife sahiptir. Muhtelif tip elektroc magnetik dalgalarm yakla~1k dalga boylan, a~ajpdaki tablo~a gosterilmektedir. I~mrmlarm
Dalga boylarz, mikron
tipleri
Gamma l$IDtmlan
X usmmllan Oltraviyole t~tmmlar Gorlilebilen
Radyo daJgalan
* Bir mikron
= 1 X 10-
4 7 x70
l0- 6
0
6
m
= 0,001
mm.
lr~
I
I
i\
~\_ [\_ ' ~ ~-c'( I'- :--....
1/ v2
0
0,8 illl 400 10 X 106 ila 30.000 X 10'
Enfraruj t!Jmtmlan
\
2x704
*
o,4 ila o,8
t~lntmlar
(")
4 ]x10
I X ila 140 X 6 X I0-6 ilii 100.000 X I0- 6 o,o 14 ila 0,4 I0-6
~~.
4x704
I X I0-0
Kozmi.k wmtmlar
\\
4 7.70
70 8 4 6 /Jalga boyu ( mikron J
Sekil 4 _ 14. Mutlak siyah cisim tarafmdan yaydan enerjinin miktan ve da81hm1 Uzerine temperatiirtin tesiri.
'
175
174 mektedir. Egrilerin her biri bir maksimuma sahiptir ve temperatiiriin yiikselmesi halinde maksimum, daha ufak dalga boyuna dogru kaya;·. Herbir egrinin altmda kalan alan, yiizeyin birim alam tarafmdan birim zamanda yay1lan enerjinin tiim miktanm gostermektedir.
sim kadar radyasyon yayamazlar. Hakiki cisimler tarafmdan yay1lan radyasyon, a~ag1dald e~itlikle ifade olunabilir.
4-28. Mutlak siyah clsirit. SICak bir Cls1m tarafmdan yaY'lan radyasyon enerjisinin miktanndan bahsederken, bu cismin fiziksel ~artlanmn belirli k!lm. masr lazrmdrr. Belirli bir temperatiirde her cisim aym debidc radyasyon yaymaz. Biitiin aQrklamalara !erne! te~kil eden teorik bir maddeye "mutlak siyah cisim" adr verilir. Bu, belirli bir temperatiir iQin miimkiin olan maksimum enerjiyi yayan cisim diye tammlamr. Hakiki fiziksel maddelerden hi9 biri tam manasr ile mutlak siyah cisim degildir. Aynca cismin renginin terim ile bir baghhg1 da yoktur. Yalmz, goriilebilen 1~1k 1~1mmlan goz oniine ahnacak olursa, siyah ve mat bir yiizey, mutlak siyah cisim tammma oldukQa yakla!;iJr ve a91k renkli maddeler, bu tammdan onemli derecede saparlar. Bu, ismin QJkl'i noktas1d1r. Bununla beraber, sadece termal radyasyon goz oniine almacak olursa, Cismin renginin yaydan enerjinin miktan ile bir baghhg1 yoktur.
Yukandaki e§itlikte s, cismin emisivitesidir. Emisivite 1'den kii9iik alan bir f;;aksiyondur ve aym temperatiirde olmak iizere herhangi bir ~ismin yaydrgr enerjinin, mutlak siyah cisim tarafmdan yaYilan enerjiye oramndan ibarettir.
Tamamiyle kapatrlml'i bir bo§l'!.gu goz online alahm, bu sistem gozlem boyunca sabit temperatiirde bulunsun ve sistem~ a9rlan son derece ufak bir deljkten kaQan enerji ihmM olunabilecek kadar az olsun. Bu sistemin i9 krsm1, mutlak siyah cisimden ba'ika bir 'i6Y degildir. Pratikte mutlak siyah cisim, karbondan yap!lmJ§ bir borunun iki ucunu yine karbonla kapatmak ve bu nQlardan birine ufak bir gozl,eme deligi aQmak sureti ile yap1hr. Tamamiyle homajen bir temperatiirde bulunan ve ufak bir gozleme deligine sahip alan fmnm iQ klsmi, mutlak siyah cisimdir. Aym ~ekilde, boyle bir fmn iGerisinde bulunan her madde, muthk siyah cisim olarak kabul olunabilir. 4-29. Radyasyqn debisi. Mutlak siyah cisim tarafmdan yay!lan radyasyonun tiim miktan §ekil 4-41'deki egrilerin entegrasyonu ile elde olun~bilir. Bunun dogrulugu deneyle gosterilmi'i olup, Stefan-Boltzman kanunu ile ifade plunmaktadrr. (4-48) q =bAT' yukandaki e§itlikte: q = saatte yayrlan enerjinin mikdan, kgr.ka!jsaat A = bu enerjiyi yayan yiizeyin alam, m2
T = enerji yayan yiizeyin mutlak temperatiirii, °K Mutlak siyah cisim iQin b'niri degeri 4,92X 10-• kgr.ka!j(saat)(m2 )(°K)'dir. Endiistride ve hayatta kar§Ila~!IgJmJZ cisimlerden higbiri, mutlak siyah ci-
q= sbAT'
(4-49)
Muhtelif maddelerin muhtelif temperatiirlerdeki emisiviteleri Perry'nin kitabmda verilmi§tir. 1 Yukandaki biitiin aQrklamalanmJZ, s1cak bir cisim tarafmdan yayrlan enerjiyi esas almaktadrr. Bu enerjinin ona nisbetle daha soguk bir cisim tarafmdan almd1gmr kabul edelim. Radyasyon enerjisi, daha soguk bir cismin iizerine Qar' enerjinin. bir k1smr absorblanarak !Sl §eklinde a<;rga 91kar, bir kJspacak olursa, im yans1r ve bir k1smr i;., cisimden ge9er. Bununla beraber, biitiin donuk (opak) cisimlerin geQirmi§ oldugu enerjinin miktan ihmiil olunabilecek kadar azdJr, Cisme 9arpan enerjiden absorblanan fraksiyon a ile gos(erilir, absorbtivite adJm ahr ve 1'den kiiQiiktiir. Enerjinin cisimden geQen miktan ihmal olundugu· takdirde, herhangi bir cisim tarafmdan absorblanan ve yans1t1lan enerjilerin toplamr, o cisme <;arpan radyasyona e§itlir. Yans1yan enerjinin karr~tk yaprst sebebi ile, pratikte kar§Jlll§rlan problemlerin say1sal Qoziimii, oldukQa zordur. Belirli bir maddeye ait absorbtivite, belirli bir temperatiirde o maddenin o temperatiirdeki emisivitesine e§ittir. Diger bir deyimle, e:=a.
Bu dii§iinii§ten hareket ederek ve mutlak siyah cismin emisivitesinin de 1 olmasmdan faydalanarak, absorbtivitesinin 1 olacag1 kabul olunur. Bu sebeple, mutlak siyah cisim kendisine Qarpan biitiin radyasyonlan absorblar. Bu, mutlak siyah cismin onemli bir ozelligidir. Belirli bir yiizey ve belirli bir temperatiir i<;in rx'mn degeri, radyasyonun dalga boyuna tll.bi olarak degi§ir. Bu husus, pratikte kar~1la§rlan problemlerin daha da kan§rk bir hal almasma sebep olur. Bu kan§rkhktan kurtulmak iQin gri cisim kavram1, ortaya Qikliil~tlr. Gri cismin absorbtivitesi, belirli bir temperatiirde radyasyonun biitiin dalga boylan igin sabittir. Temperatiirii T, ve alam A alan ufak bir siyah cismi goz oniine alahm ve bu, d~ha yiiksek bir T, tem~ratiiriinde bulunan bir ba§ka siyah cisimle tama1
Sahife 485
177
176 men cevrilmi~ bulunsun. SICak cisimden soguk cisme transfer edilen net lSI mikdan, bu iki cisimden yayi!an radyasyonlarm cebirsel toplammdan ibarettir. Bu durumda Stefan kanunu, §U §ekilde yazilabilir: q = bA(T1' - T,')
Yukandaki e§itlikte, soguk cisim tarafmdan yayi!an biitiin radyasyonlarm da sicak cisme Qarpllklan kabul olunmaktadir. 4-30. Temperatiiriin eeelri. Stefan kanunundan faydalamlarak bulunan ve pratiktc biiyiik onemi olan bir bagmti, yiiksek mutlak temperatiiriin yayi!an enerjinin miktar1 iizerindeki tesiridir. Cismin temperatiirii Qevre temperatiiriiniin iistiine yiikseltildigi zaman, cismin Qevreye yaydigt tsmm miktan, onemli derecede artar. Soguk yiizey, su ile sogutulan ve 100°C (373°K) derecede olan bir duvar ve tst yayan cisim de 538°C (811 °K) clerecede ise, transfer olan 1smm clegeri, 8-114 _:_ 373' = 4,23 X 1011 Swak yiizeyin temperatiirii 593°C (866°K) derecesine yiikseltilecek olursa, yayilan ISimn miktarmcla (8664 - 373' = 5,43 X 1011) %32 oranmda bir artma olur. 4-31. Gazlarda radyasyon. SICak gazlar, radyasyonla ISI kaybederler fakat bu, s1cak kau cisimler tarafmdan meydana getirilenlerden farkhd1r. Kali bir cisim, daiga boylarmm devamh bir boliimiiriii kapsayan radyasyon enerjisi yayar. Radyasyon yogunlugu, dalga boylanna kar§lt olarak bir grafik k&l?;ldi iizerine yerle§tirilecek olursa, muntazam bir egri elde olunur. Diger taraftan, siCak gazlar bandlar halinde, radyasyonla enerfi kaybeder. Bu takdirde radyasyon yo, gunlugunu, dalga boylarma kar§lt olarak bir grafik kagtdma y£rle§tirecek olursak, ya hie veya pek az bir radyasyon gosterir. Gostermi§ oldugu bu radyasyon da cok belirli bir dalga boyuna sahiptir. Orta derecedeki temperatiirlerde gaz, !arm radyasyonla lSI kaytplan azd1r. Fakat, yiiksek temperatiirde karbon dioksid, karbon rnonoksid, su buhan ve hidrokarbonlarda meydana gelen IS! kayb1, om biiyiik bir k1smmi radyasyonla !Sl kayb1 te§kil eder. Diatomik gazlar, eri~e bildikleri temperatiirlerde pek fazla bir radyasyon giistermezler. Bu §ekilde rad, yasyonla lSI transferi, radyasyon alan kat! cismin iizerindeki gaz film tabakasma t~bi degildir. Bununla beraber, bu ~artlar altmda gazlar tarafmdan meydana getirilen 1>1 kaybmm hesabt iQin uygulanan metod, kitabimtzm konusu di§mdadir. 1 1
Me Adams, bOliim 4.
4-32. Konveksiyon ve radyasyonla birlikte IS! transferi. Buhar kazam, borulu imbik veya bir eritme potas1 gibi, dogrudan dogruya alevle Isittlan herhang;i bir cihaz1 giiz iiniine alahm. lsi, metal cihaz yiizeyine dort yoldan transfer olur; akkor halindeki yaktttan (yakttm dogrudan dogruya kendisi, ate§ tuglas1, parlak alevdeki katt ·karbon parQaciklan) radyasyonla; siCak gazlardan radyasyon, kondiiksiyon ve konveksiyonla. Radyasyon, viskoz film tabakasmda herhangi bir diren9 tarafmdan engellenmeden metale transfer edilir ve gaz aktminm h1zma, yogunluguna veya diger karakteristiklerine tabi degildir. Metal yiizeyinin birim alamna isabet etmesi istenilen radyasyonun miktan, saclece siC~k kati veya gazm temperatiiriine, soguk yiizeyin birim alanma kar§It dii§en swak yiizeyin alamna tabidir. Dfger taraftan, aym metalik yiizey gazlardan konveksiyon ve kondiiksiyonla da lSI almaktadtr. Bu ISlnm viskoz film tabakasmdan ge9mesi gerekmektedir ve bu sebeple, (4-28) numarah e~itlikte yer alan gaza ait iizelliklerin hepsine tabidir. Bubar kazanlan ve alevle IStlllan diger cihazlar iQin ISltma yiizeyinin olduk9a biiyiik olmas1 lilztmdJr. Bu, sadece radyasyonla transfer alan ISI i9in olmaytp, diger yolla transfer olan ISllar iGin de dogrudur. Bunun bir sonucu olarak dc.grudan dogruya alev veya ate§le ISitilan biitiin cihazlarda ISI transfer yiizeyi, Isimn bir k1sm1 radyasyonla transfer olacak §ekilde yap1lmahdir. Baz1 hallerde bu kaideye uyulmadigi olur. Buna sebep, metalin dogrudan dogruya yiiksek temperatiirle kar§t kar§Iya gelmesi ve mekanik gerilmelerin dogmasJdir. Gene! bir kaide olmak iizere, Qok yiiksek temperatiirlerde transfer olan Ismm onenJ!i kiSffillll, radyasyonJa lSI transferi le§kiJ eder. <;:iinkii, bu durumda radyasyonJa lSI transferi konveksiyon ve kondiiksiyonJa lSI transferinden daha ko)aydir. 4-33. Gor~ a~ISI. Sonsuz geni~ yiizeye sahip, siCak ve diiz bir cismin .(§ekil 4-15a) ufak bir parQasim goz oniine alahm. Bu k1smm alam A olsun. SICak cismin bu parQasJ kendisinden da!Ia soguk olan Qevresine (4-48) numarah e§itlige gore radyasyonla lSI yayar. Bu radyasyon, 9th§ noktasmclan her yiine dqgru meydana geljr. Bu radyasyonun hepsini almak iGin, soguk cismin steak cismi 180 derecelik bir aQt ile sarmast gerekir. Bu dii§iince, diger §ekillere sahip yiizeylere de i.Jygulanabilir, yalmz steak );iizey par~asmm (kendisi hariQ) her y~ne dogru ve diiz bir dogrultuda radyasyonla IS! yayacal?;l hususu unutulmamahdtr. Bu ISimn hepsinin absorblanabilmesi i9in, soguk cisim her yonde bu radyasyonlan kar§thyabilmelidir. Diger bir deyimle, soguk cisim her yonde siCak cismi gorebilmelidir. Radyasyonla 1s1 aktm1, her yiinii ile I§Ik aktmma benzer. Diger bir deyimle, radyasyonun yolunu izlemek, I§Igm yolunu izlemek gibidir. SICak ve soguk cisimler arasma saydam olmayan iiQiincii bir cisim konulacak olursa, soguk cisim iizerine bu iiciincii cismin golgesi dii§er ve siCak cismi terkeden radyasyonlarm bir ktsmmm soguk cismin iizerine dii§mesini onler. I§Ik iQin de aym olay meydana gelir. 1. Catalta!} -
Kimya Miihendisli&ine Giri!}
F. 12
179
178 ·· k'l 4- 15'de gosterilmektedir · a halinde steak eismin birim yii~e 1 • ~ . Bu ·d..u~unce, zeyi sadeee soguk eismi gormektedir. Her iki yiizey de aralanndakl ag:"hga ms~ belle guk biiyiik yiizeyler boyunea kar~t kar§tya bulunmaktadtr: c halm~e. st~~k cismin birim alan1 sadece a ac;rs1 ic;erisine dti~en soguk ci~m1~ yu~~yini gormektedir. Gorii~ bolgesinin geri kalan ktstm!an ise Steak etstmn dtge: klSlmlanm gi:iriir. d halinde siCak cisimden yaytlan radyasyonlarm sadeee bu ktsmt, soguk cisim tarafmdan almmaktadtr. Soguk yiizeyin steak yiizeyden olan uzakhi?;t v.eya geni~ligi hig bir :ark yap- . maz sadeee siCak yiizeyin soguk yiiz~yi gormes1 §artttr. Sektl 4-15b de steak cisU:in birim yiizeyi, belirli bir miktarda radyasyon yaymaktadu. Bu r~dyasY.on~ · · sog-uk "iizey ijP halden hangisiude bulunursa bulunsun, soguk yuzey Iann h eP s1, .J ::o... k ·· · b' · tarafmdan almaeakttr. Bununla beraber, iig hal igin de. sogu yuzeym . m~n alant tarafmdan aluian 1smm miktan birbirinden farkh olaeak_ttr. S~ea~ Cis~m birim alam tarahndan yaytlan lSlYl giiz oniine alaeak yerde, soguk et~mm ~mn: alam tarafmdan ahnan tsmm miktan goz oniine almaeak olursa: §ek.•l.4-15 deki steak ve soguk terimleri yer degi§tirebilir ve kalitatif sonug, eskt hahm muhafaza eder. SOGUK YUZEY
;;MV/.?2~:%Wi:C SICAK YUZEY
SICAK YUZEY
Q
~/
~
SOGUK YOZEY
c
SICAK YOZEY
b SOGUK YUZEY
d Sckil 4. 15. Radyasyonla
ISI
transferinde gOrii~ a~ISl.
Biitiin bu dii§iineelerden kalitatif bir projelendirme faktorii gtkanlab.il~r. Muhtelif pozisyonlarda, hem siCak hem de soguk cisimlerin _tempera_turler~~m sabit olmaSI ve soguk cismin sadeee steak eismi gormesi halmde, soguk etstm tarafmdanahnan 1s1mn tiimii aymdtr. Soguk eismin birim alam tarafmdan ahnan
ISimn mikt'an, s1cak cisimden uzakla§ttk<;a ve soguk cismin ytizeyi artttkGa, azahr. Aym gor!i§ aQtsmi muhafaza etmek §artt ile, borulan tst kaynagmdan uzakla§ttraeak olursak, alman tsmm tiim miktannda bir degi§me olmadigi halde hirim alana isabet eden lSI miktannda (ve bu sebeple, metalin lemperatiiriinde) biiyiik bir azalma olur. Istttet ve buharla§tmet borulan, tstlma tankt ve diger alevle lSlttlan eihazlar gibi soguk cisimler, miimkiin oldugu kadar siCak yiizeye yakm olmah ve onun tarafmdan sanlmahdu.
Yiizeyi geni§letmek igin borulara ilave olunan kanat ve kt!Qtklar, bunlann dalta fazla radyasyon absorblamasma sebep olmazsa da, soguk yiizeyin giirii§ UGISlnt artmrlar. Buna kar§thk, soguk cismin birim alam tarafmdan absorblanan 1s1
miktarmm azalmasma sebep olurlar.
4-34. l.'ratikte ka~II"'!Ilan problemlerin ~oziimii. Miih<>ndislik Qah§malan esnasmda kar§tla§tlan gergek problemlerin Qiiziimii, Qok daha kan§tk olclugu iGin kitabtmiza konu olarak ahnmamt§tir. Olduka basitle§tirilmi§ alan a§agtdaki problem, konunun ne kadar kan§tk oldugunu ortaya koyar. Aralanndaki uzakhga nisbetle, stmrh biiyiikliige sahip iki katt eismin yiizeyini gi:iz oniine alahm (§ek. 4-16). Her iki katt da mutlak siyah eisim olsun ve bunlardan A digerine nisbetle daha siCak bulunsun. Aym zamanda her iki cismin de ortalama temperatiirleri bizee bilinsin. Bu durumda A yiizeyi iizerindeki x birim alam, sadeee f3 aQtst altmda soguk eismi gorebilir. ·ave y agtlan altmda yaptlan radyasyonlar, claim uz~k yiizey parQalar~ iizerine dii§erler. A cisminden radyasyonla meydana gelen lSI kaybim hesaplamak i~in, a§agtdaki i§lem" lerin yaptlmast gereklidir.
>5ekil 4-16. tki cisim arastnda radyasyonla tst transferi.
1. x birim alamndan f3 aGist altmda meydana gelen IS! kaybmt, A yiizeyinin tiimiinii kapsayaeak ~ekilde entegre etmek gerekir. C:iinkii f3 agist, x birim alammn durumuna tilbi olarak degi§ir.
2. a ve y agtlanm kar§tlayan diger kattlarm temperatiirleri ve gorii§ ian bilinmelidir. 3. a ve y aQtlan altmda, x birim alamndan meydana gelen A yiizeyinin tiimiinii kapsayacak §ekilde entegre etmek.
lSI
a~h
kaybmt,
Yukandaki agtklamalardan da goriildiigii gibi problem, oldukQa kan§tkttr. Bununla beraber, A mutlak siyah cisim fakat B mutlak siyah cisim degilse, A
180 cisminden yaytlan ve B cismine ~arpan radyasyonlarm tiimii absorblanmaz. Bunlarm bir klsm1 yanm ve A cismine ~arpar. A cismi rnutlak siyah cisim oldugu i~in bu radyasyonlar, A cismi tarafmdan absorblamr ve onun temperatiiriiniin yiikselmesine sebep olur. A cisminin ve ~evresinin u. ve y aC;!lan altmda gordiigii cisimler mutlak siyah cisim olmaz ye aynca katJlardan bir veya digerinin temperatiirii homojen degilse, konu daha da kan§tk bir hal ahr. Pratikte kar§tla§llacak baz1 problemlerin qoziimii ve actklanmast igin Perry tarafmdan yaz!lmt§ "Chemical Engineering Handbook" adh kitabm 483 - 498 · sahifelerine bakmtz. 4-35. Ist iil~melerinde radyasyon hataian. Radyasyonla JsJ transferinde, SJCak gazlann temperatiirlerini olgerken onemli derecede yanl.J§hklar yaptbr. Duman VG alev ihtiva etmeyen gazlar, radyasyon igin tamamen saydamchr. Bu gibi gazlar, herhangi bir cins cihaz icerisinde akarken cihazm duvan genellikle, . gazm ortalama temperatiiriinden oldukca dii§iik bir temperatiirde bulunur. Bu gaz ak1m1 icerisine temperatiir Olqen herhangi bir cins cihaz sokulacak olursa, cihazm temperatiirii gazm temperatiiriine yakla§Jr ve bu temperatiir, gazl ta§Jyan cihazm duvar temperatiiriinden daha yiiksektir. Bu durumda temperatiir olcen cihaz, maksimum bir debi ile soguk duvara derhal radyasyonla 1s1 yaymaya ba§lar. <;unkii her noktasmdan soguk duvan gormektedir. ls1, olcme cihazma konveksiyonla iletilir ve bu sebeple, oldukca dii§iik bir debiye sahiptir. Diger taraftan lSI, radyasyonla kaybolur ve buna, gaz filmine ait lSI transfer katsayiSI hie bir etki yapmaz.
181 4-36. Isttl~der. Kimya endiistrisinde gene! olarak kar§1la§1lan lSI transferi problemi, metal bir duvar yolu ile bir akl§kandan di!ter bir akl§kana IS! transferi §eklindedir. Bu alo§kanlarm her ikisi s1v1 veya her ikisi de gaz olabildigi gibi, biri s1v1 digeri gaz olabilir. Bunlarm i<;erisinde en cok kar§tla§tlan tip, yogunla§an bir buhardan bir Sl,.VIya lSI transferidir. Bu tipteki 1s1 transferinin oze[ ve Onemli bir §ekli, yogun[a§an buhardan kaynayan cozeltiye lSI tranferi adm1 ahr ve biiliim V'te (evaporasyon) bu konunun ac1klanmas1 yaptlacaktJr. Yogunla§an buhardan ~ozeltilere {kaynama olmaks1zm), steak s1v1dan soguk slvJya, su buharmdan gaz kan§lmlarma 1s1 transferleri, bu boltimde incelenecektir. Is1 transferinin temel prensipler~ boliimiin ba~ k1smmda a<;lklanmi§tlr. ls1 transferinde kullamlan cihaz tipleri ve ~unlarm projelendirilmeleri, en iyi bir ~ekilde bu teorik prensipler yardlml ile anla§tlabilmektedir. En onemli lSI transfer Cihazlan, borulu lSltlcllardJr. Bunlara ayJ11 zamanda borulu k= ad1 da verilir. "Isltlc!" ve "!Sl degi§tirici" terimlerinin kullam~larmda belirli ve ozel bir aymm yoktur. Bununla beraber, lSI degi.§tirici terimi daha ziyade, bir SlVldan diger bir stv1ya lSI transferinde kvllamhr. 4-37. Borulu tslhcdar. ~ekil 4-17'de tek ge<;i§li en basil bir borulu ISlltCl gosterilmektedir. Bu lSlttcJ, esas itibariyle u<;larmda~ iJ, ve B, born ta§lma levhalarma baglanmi§ <;ok say1daki borulardan A meydana gelmi§tir. Bu boru-
su
1
BUHARI-j.
F
YO~NLASMA Mls GAZ VE BUHARLAR
Bu durumda temperatiir oi9en cihaz, her zaman gaz aklmmdan daha soguktur. Temperatiir olqen cihazla gaz arasmdaki temperatiir fark1, cihazm radyasyonla lSI kaybetme hiZina e§deger bir h1zda, cihaza konveksiyonla lSI transferini saglar. Stefan e§itliginde yer alan temperatiiriin dordiincii kuvvetten olmast sebebi ile, yiiksek temperatiirde radyasyonla lSI kayb1 ~ok daha htzhdtr. Bu sebeple, yiiksek temperatiir olcmelerinde yaptlan yanh§hk daha biiyiiktiir. Bu yamlmay1 azaltmak icin, radyasyon koruganlan ve ·yiiksek gaz ,luz1 gibi, muhtelif usiillere (buna ragmen, hie bir zaman tamamen ortadan kaldmlamaz) ba§vurulur. Koruganlar ozellikleri baktmmdan mutlak siyah cisimden ne kadar farkh ise (parlalllmt§ metaller gibi), radyasyonla lSI kayb1 o kadar azd1r ve bu sebepten termometrenin gosterdigi temperatiir, gaz temperatiiriine oldukca yakmdtr. Korugam yalayarak gecen gazm h1Z1 miimkiin oldugu kadar artmlacak olursa, gazdan korugana lSI transferi o nisbette artar ve gaz tempertiirii ile korugan temperatiirii arasmdaki fark azahr. ister termometre haznesi ister termoelement ucu olsurJ, olgme cihaZJmn bizzat kendisi (korugan takdirinde actklanan . sebeplerden dolay1) miimkiin oldugu nisbette parlak bir goriinii§e sahip olmahdtr.
c
SICAK AKI?KAN
t. .1~ B,
rJ
G~ KONOENSAT
Sekil 4-17. T~_k.. ge!(i$~i borulu tSttlct: A, borular; B 1, B2 boru ta$tma levhalan; Dl' D akt~ 2 k~ .da~tbm bolumlen; El' E,_ kapaklar;, F, su buhannm giri$i; G, kondensat !;tl~~t; H, s1vt gm!)t; J, stvt ~tkt$t; K, yo~unl'a$mayan gazJann c;tkt~t.
lar, metalden bir silindirik muhafaza C ile sanlm1§ olup, her iki u<;larmda D 1 ve D, s1v1 dag1ttm boliimlerine sahiptirler. Bu boliimler, E 1 ve E, kapaklan ile kapattlm1§lard1r. Su buhan veya ba§ka bir buhar, F borusu yolu ile JSlltcJ borulanm ~evreleyen k1sma girer, yogunla§an buhar ise G borusu yolu ile lSlltetyl terk eder. lsJtJlacak akl§kan, Dir pompa ile II giri§inden D, dag1tma boliimiine
182
183
girer, boniiar i~inden akar, D, dag1tma boliimii ve I 91ki§ yolu ile JSJtJcl)'l terk eder. Su buhan i9erisinde bulunan ve yogunla§mayan gazlar K yo!~ ile di§an at1hr. Bu yap1 tarzmm en· faydah yonii, biiyiik ISitma yiizeylerinin kii9i_ik bir hacim igerisine siki§tmlnn§ olmasidir. Diger bir deyimle, (4-41) numarah e§itlikle ifade olunan ISJtma kapasitesi (q), A.'nm biiyiitiilmesi sureti ile artmlml§tJr.
Biiyiik bir lS!tma yiizeyi ufak bir hacme sJkJ§tmlml§ (§ekil 4-17' de giisterilen tipte) bir ISiticida, borularm kesit alanlan biiyiik ve dolaylS!yla borular iQerisinde akan aki§kamn h!Zl dii§iiktiir. A.ki§kan luzmm bu durumu (aym zamanda lSI transfer katsay!Sl), §eki! 4-18'de gosteriJen tipte, 90k ge9i§/i bir IS!l!C! kullanarak diizeltilebilir. Bu tip Isiticida, sivi dagitJm holiimlerine konulmu§ yon degi§tirme levhalan yard1m1 ile JS!l!lacak ak1§kan, ileri ve geri olmak iizere JsJttci
ian ile giisterilmektedir. Tek say1larda aki§kan ISil!ci ba§hgmdan uzakla§an yond(', 9ift sayi!arda ise o ba§hga dogru akar. C:ok geQi§li yap1, aki§kan kesit alamnm kii9iilmesine ve aki§kan luzmm artmasma sebep olur. Neticede IS! transfer katsaylSI biiyiir. Bu tip IS!tJCI!ann Mkmcah yi:inii, yapJ!l§ianmn kari§Ik oJmasJ, kJS1mJann giri§ ve Qiki§iarmda ani daralma ve geni§lemelerden dolay1 biiyiik siirtiinme kay1planmn meydana gelmesidir. Ekonomik ISll!CI projelerinin hazirlanmasl esnasmda, yiiksek aki§kan lnz1 temin etmek i9in pompaya verilecek kuvvet masrah arl!mmm, ISitiCI yap1m masrafmd&ki azalma tarafmdan kar§Iiamp kar§Iianamiyacagi hususu gi:iz iiniinde bulundurulmahdir. C:ok dii§i_ik aki§kan lnZI pompalama masrahm azaltma da, 90k biiyiik (ve dolaylSl ile pahah) bir ISltlCiya ihtiya9 gi:isterir. C:ok yiiksek aki§kan luz1, ISJtiCI i9in gerekli ilk yatmm giderlerini azaltmakla beraber, pompalama masrahm artmr. Bu §ekildeki ekonomik bir dengenin incelenmes~ kitabimizm konulan di§mdadir. 4-38. GeniC!!me_ lsitiCilarda temperatiir farklarmdan doia)'l, gerue§me ve daralmalar meydana gelebilir ve neticede borularm biikiildiigii veya boru ta§Ima levhalarmdan kurtulduklan giiriiliir. Isitlciiann pek 9ogunda ISitlCI gi:ivdesinin di:ikme demirden yapi!masma kar§Ihk 1Slt1CI borulan olduk9a ince Geperlidir. Isltlc!lar servise konuldugu veya servisden 91kanldigi zaman, ISltiCI giivdesi borulara nisbetle daha yava§ ISimr veya sogur. Neticede meydana gelen gerilme kuvvetleri lSitiCl)'I deforme eder. Bu sakmcay1 ortadan kaid!facak en yaygm metod, yiizen (hareketli) bWjllk ad1 verilen yap1 tarzmm kullamlmasl(hr. Bu yap1 tarzmda boru baglanti levhalanndan biri (boru u9larmdan biri) ISitiCI giivdesine baglanma)'lp, serbest birakJ!Ir. Sekil 4-19'da iki geQi§li ve yiizer ba§YOGUNL~MA_ '
YAN GAZ VE BUHARLAR
Sekil 4 · 18. <;ok
ge9i~li
bir
lSttiCL
iQerisinden birka9 kere geQer. Sekil 4-18'de dag1tma boliimlerinden birinin nasii k!Slmlara aynidigi ve borulann bu klSlm!ar iQerisindeki tertip tarzi gosterilmektedir. Diger bir aki§kan dag1tma boliimii, daha ba§ka bir §ekilde k!S1mlara ayniml§ olup, §ekil 4-18'de kii9iik boyutta gosterilmektedir. SIVI A. k!smma girer ve sola dogru akarak B kismma ge9er, buradan tekrar saga ge9erek C kismma girer ve· boylece devam ederek sonunda I kismmdan 91kar. Bu durumda borular, sekiz gruba veya ge9i§ kismma aynlmaktadir. Bu klSlmlar, Ramen say1-
SOGUK AKI?KAN
KONDENSAT Sekil 4 - 19. tki
geyi~li
ve yiizer bashkh bir
ISltlCI.
184 hkh bir ISI\Ici gosterilmektedir. Sekilden ISI!ICI borulanmn Isihci govdesine bagh olmaksizm nasil genle§ip, daralacaklan kolaylikla goriilmektedir. Su buharmm giri~ yolu iizerinde goriilen delikli sa~ levha, su buhan tarafmdan ta§man su damlac•klanm tutmaya yarar. Yiizer ba~hkh ISIIIcilann ~ok ge~i§li olanlan da vardn, fakat en yayg1h olam §ekil 4-19'da gosterilen tiptir. Yiizer ba~hkh ISI!Icilarda ikiden fazla gegi§, tek bir Isitici govdesi igerisine ikiden fazla gegi~ sigdirmak yerine, §ekil 4-19'da gosterilen tipteki Isihcilan seri halde gah§hrmakla da temin olunabilir. Termal genle~melere imki\n vermek maksad1 ile, §ekil 4-17'de gostcrildigi gibi ISIIJCI govdesine gikmtJlar yap1hr. 4-39. lsi degi~tiriciler. lslttct terimi, bir aki§kandan diger akJ§kana ISI transfer eden biitiin cihaz]an kapsamma a]masma kar§Ihk, ozeJlik]e yogunJa§an buhardan bir siviya Isi·transferi igin kullamlmaktadJr. Sekil 4-17'den 4-19'a kadar agiklamalan yap1lan biitiin ISl!Icilar bilhassa bu maksatla yapilmi§lardir. Bu durumda su buhanna ait ISI transfer l.~tsayiSl, genellikle ISihlan SIVlya ait ISI transfer katsay1dmdan gok daha biiyiiktiir. Bu sebeple, bu tip ISIIIci!arda bilhassa yiiksek SIVI akim luzma onem yerilir. Isitma borularmm di§llldaki kismm . kesit alam biiyiik ve bu sebeple, su buhanmn akim luz1 dii§iiktiir. Su buhanna ail ISI transfer katsayiSlmn yiiksek olmas1 sebebi ile bu bir sakmca olmaktan uzakt1r.
lsi bir sividan diger bir SIVIya veya bir gazdan diger bir gaza transfer o]. dugu zaman, cihaz genellikle ISI degi§tirici veya e§anjor adm1 ahr. Bu durumda borularm iQ ve di§ kiSlmlarma ait Is! transfer katsayilari hemen hemen aym biiyiikliiktedir. Tiim lSI transfer katsayiSl U, iki ISI transfer katsayiSlndan daha ufak olanma hemen hemen e§ittir. lsi transfer katsayi!anndan birinin degerini,. digerininkini degi§tirmeksizin, artnacak olursak, U'nun artmas1 bu degi§meyle oranhh olmaz. Bu sebeple, ISI degi§tiricilerinde, boru igerisindeki aki§kan bizimn oldugu kadar born di§mdaki ala§kan luzimn da artmlmasi istenir. Yap1 ile ilgili sebeplerden dolay1, borularm di§mdaki kesit alammn borularm igindeki kesit alam kadar ufak olmasi, nadiren miimkiindiir ve bu sebeple, §ekil 4-18 ve 4-19'da gosterilen ISI!Icilarda oldugu gibi, borular di§mda akan aki§kanm hiZI dii§iik olacakt1r. Bu sakmcay1 ortadan kald1rmak igin borular di§llla ve borulara dikey §a§Irtma levhalan yerle§tirilir. Boylelikle ikinci aki§kana ait kesit alam azalhlmi§ olur. Bu prensipler goz oniine almarak yapilmi§ bir IS! degi§tirici §ekil 4-20' de gosterilmektedir. Bu yap1 tarzmda §a§Irtma levhalan A, b;r kenanndan kesilmi§ dairesel metal disklerden ibarettirler. Bu disklere, ISI!ma borulannm B yerle§tirilmesi i9in delikler aQilmi~!Ir. Sa§Irtma levhalan bir veya birka9 yon verme Qnbugu C yardimi ile tesbit olunmn§lardir. Bu Qnbuklar bir baglama vidasi ile D ve D' boru ta§Ima levhalan arasma tutturulmu§lardir. Sa§Irtma levhalanmn iyi bir
185 §ekilde yerle~tirilebilmesi igin, arahk borusunun k1sa bir kismi E, yon verme Qnbugu·C iizerine gegirilmi§tir. Bu §ekildeki bir ISI degi§tiricisinin yapih§I esnasmda, Sira ile §U parQalar birbirlerine baglamrlar; boru ta§Ima levhalan, yonverme Gttbuklar!, §a§Irtma levhalan ve nihayet borular. Sekil 4-20'de §ekil 4-19'
Sekil 4-20. Stvt- stvt ISI degi~tiricisi: A, ~a!ltrtma 1evhalan; B, tsttma borulan; C, yOn verme ~ubugu; D, D', bor.u ta!~Jma levhalan; E, arahk borulan.
da goriilenden farkh bir yiizer ba§hk tipi vard1r. Sa§Irtma levhalarmm konu], mas1 sadece borular dJ§mda akan aki§kanm luzm1 ar!Irmakla kalmaz, aym zamanda aki§kamn borulara hemen hemen dik bir yonde akmasm1 saglar. Bn yap!, fazladan tiirbiiliinslar dogmasma ve dolaylSI ile borular dJ§mda ISI transferine kar§I koyan direncin azalmasma sebep olur. Bu suretle, IS! transfer katsaylSI (i9 ve di§taki aki§kanlara ait) da biiyiik hirer deger abr ve neticede tiim ISI transfer katsaylSI U artar. Sekil 4-20'de gosterilen Is! degi§liricide, borular dJ§mda akan siviya ait ISI transfer katsaylSlnm hesaplanmasi olduk9a kan§Ikhr. Kiitlesel h1z, ~ap, v.s. gibi hususlann hesaplanabilmesi igin bir 90k ki§isel basitle§tirme yapilmi§hr. Borularm 60° veya 90° derece merkezlenmi§ olmas1, §a§Irtma levhalarmm kesilmi§ yanlanmn oram, bunlann yerle§tirilmesi ve diger fak!Orler 1 konuyu daha da kan§Ik bir hale sokar. 4-40. C::ift borulu lSI degi~tiriciler. Borular iQerisindeki s1vmm hacmi, is· tenilen SIVI ak1m bizi ve ·boru boyutlan arasmdaki bagmt1, her geQi§ iQin sadece· birka9 boru kullamlmasmi gerektirmekte ise, bunu temin edecek en basil yapi!I§ §ekil 4-2l'de· gosterilen Qift borulu ISI degi§tiricisidir. Bu IS! degi§tirici, standard demir borulara baglanmi§ ozel born baglantilarmdan meydana getirilmi§ olup, siVIlardan biri iQteki borunun iQerisinde, digeri ise iki boru arasmdaki halka §ekilli arahkta akmaktad1r. Bu §ekildeki bir ISI degi§tiric~ genellikle ' Bu konu Donohue, Ind. Eng. Chern., 41 : 2499.2511 (1949) da genjz •bir 1ekilde a{aklanmt$br. Kern, ·-Process Heat Transfer., Me Graw- Hill Book Company, Inc., New York (1950)• sahife 136- !39'da bilgi mevcuttur.
187
186 birkag ge9i§ten meydana gelmi§ olup, borular iist iiste bir y1gm te§kil etmektedir. Her geQi§ i9in, bir l:iorudan fazla konulmas1 istenilecek olursa, bu takdirde boru topluluklan paralel baglama ile meydana getirilirler. Gift borulu lSI degi§tiriciler i9in tavsiye olunan standard boru boyutlan, a§agtda verilmi§tir.
$ekil 4- 21. Cift borulu
ISI de~H~tirici.
NOMINAL BORU BOYUTLARI Dr~
mm. 50,8 63,5 76,2 101,6
boru rapt
!r boru rapl
parmak 2 2 1/2 3 4
mm. 31,75 31,75 50,8 76,2
parmak
1/4 I 1/4
2 3
4-41. Kanatb bornlar. Bir 1s1 degi§tiriciyi goz onune alahm. Bu lSI degi§tirici, borular igerisinde bulunan su buhan yard1m1 ile borular dJ§mdan geQen havay1 lSJtmaktadJr. Su buhanna ait JSJ transfer katsayJSJ gok yiiksek oldugu halde, havaya ail JSl transfer katsaylSl son derece dii§iiktiir. Bu sebeple, tiim JSl transfer katsaylSl y~kla§Jk olarak havaya ail 1s1 transfer katsaylSlna e§it olacakhr. Bu durumda, biiyiik bir kapasite temin edebilmek igin, JSltiCJ igerisine biiyiik bir lSI transfer alanmm yerle§tirilmesi gerekir. Prensipleri klSim 4-5'de ag1klanan bu durum takdirinde, metalin temperatiirii su buharmm temperatiiriine hemen hemen e§it olur. Bu sebeple, havanm bulundugu tarafta lSI transfer yiizeyinin artmlmas1 igin bir yo! bulunacak olursa, daha fazla boru kullanmaks!Zln (4-41) numarah e§itlikteki A terimi biiyiitiilmii§ olur. Bu yo!, lSI transferi yapan borularm di§ma, boru ile iyi metalik temas temin eden kanatlann yerle~tirilmesi ile temin olunur. Boru yiizeyi ile me.:. tal kanatlarm temasi iyi bir §ekilde temin edilecek olursa, endiistride bu maksatla kullamlan metallerin yiiksek JSJ iletkenligine sahip olmalan sebebi ile, kanatlarm her yerinde temperatiir su buhanmn temperatiiriine yakla§Ir. Neticede daha fazla boru kullanmaksizm 1s1 transferi yiizeyi art!filmi§ olur vc kapasiteyi al t1rmak igin claim fazla temperatiir farkma ihtiya9 olmaz.
<;:ok degi§ik tipte kanat kullamlmakt~dn·. Boruya dikey ol,rak baglanml§ dikdortgen metal diskler bunlardan bir tipi te§kil eder. Diger bir tip ise spiral disklerin boruya baglanmas1 §eklindedir. Kanatlarm borulara baglanmas1 ya lehimleme ile veya borularm yiizeyinde ve spiral disklerde agilan oyuklara, mekanik basm~la ot\Jrtma §eklindedir. Borunun uzunlugu boyunca konulmu§ kanatlar ise bir iigiincii tipi te§kil ederler ve kaynakla borulara baglamrlar. Endiistride olduk9a gok kar§Jiaoiilan bu tip 1s1 degi§tirici, esas itiban ile gift borulu bir lSI degi§tiriciden ibaretti;. ve i9 boruda uzunlamasma kanatlar bulunmaktadir. Bu kanatlar, iki boru arasmda akan ala§kanm hiZJm biraz, fakat lSI transfer yiizeyini onemli derecede artmr. Biiyiikliik balammdan iki yiizey (boru i9inde ve boru dl§mda bulunan akl§kanlara ait) 1s1 transfer katsay!Sl birbirlerine yakm degerlere sahip olurlarsa, bu yiizeylerden hangisine kanat talalmasJ hususu tamamiyle ekonomik projelendirme konusu igerisinde yer ahr. Bir yanda birim hacme dii§en lSJ transfer alam biiyiik, fakat fiali yiiksek, diger yanda ise yaplll§l ucuz ve kolay diiz borulu JSJ degi§tirici olmak iizere bir mukayese yap1hr ve ona gore karar verilir 1 ls1 degi§tiricinin i§gal ettigi haemin onemli oldugu hallerde, cihazm az yer almas1 iQin sadece kanath borulara sahip lSI degi§tiriciler kullamhr. BazJ ozel hallerde boru di§ma kanat konulduktan ba§!.a boru igerisine de kanat konulmaktadJr. Kanath borularda lSI transfer katsay!Sl hesaplamrken, da!Ja once diiz borularr1a kar§IIa§madigimiz, iki onemli problem kar§lilllza 9Ikar. Bunlar (1) aym ~artlar altmda kanatlann ortalama temperatiiriiniin, boru yiizeyinin ortalama ten;~peratiiriinden daha az olu§U (!Slnm boru yiizeyinden kanada transferi sebebi ile); (2) boru di§mda ala§kan akim lnzmm (kanat nQlarimn di§mda), kanatlar arasmdaki ak1m lnz1 kadar olup olmad1gJ hususudur. Bn faktoriin her. ikisi de kanatlarm biiyiikliik ve kalmhgma, bunlarm boruya baglama tarzma ve aki§kan akimmm iizelliklerine t~bidir; Her tip kanad1 kapsamma alan gene! bir e§itlik, mevcut degildir. Bu hususda Perry'nin "Chemical Engineering Handbook" adh kitabmm 473 ncii sahifesinde ve Kern'nin "Proces Heat Transfer" adh kitabmm l6'nc1 boliimiinde daha fazla bilgi vardJr. ADLANDIRMA
=
aktmma dli$eY dogrultuda alan uzunlugunun (m) ISitma alam, m2 b = radyasyon e$itli£:inde bir sabit C = steak stvmm Ozgiil Istst
A
ISI
a
= birim
c D
= soguk
SIVmm Qzglil ISIS!
= ~ap
1 D. L. Katz, E_. H. Young, and G. Balekjian. Petroleum Refiner, 33 (11): 175 ~ 178 (1954); R. B .Williams and D. L. Katz, Trans. ASME, 74: 1307- 1320 (1952).
189 188
PROBLEMLER G
= kiitlesel
g
= ivme
debi (biz)
=
h
yiizey tst transfer katsayiSl k tSI iletkenli~i L = uzunluk N = silindirin uzunlugu r = yaru;ap Q tst miktan q kararh tst aktm debisi
-=
=
=
a: b, c.
T. = mutlak temperattir t = temperatiir u = ortalama biz U = tUm tst transfer katsaytst V = akt~kamn Ozgiil hacmi W = steak stvt aktmmm debisi w = so8;uk stvt aktmmm debisi x yiizeyin ufak bir k.tsmt Y ~arptm faktorii d, k = muhtelif sabitler
= =
4-1. Deneme maksad1 ile yapllm•~ bir tst transfer cihazt, katalo,t; numarast 80 olan (born et kahnhSt 5,54 mil)) iki parmakhk (50 mm \=3pmda) \=elik bir borudan ibarettir ve iiZeri izolasyon tabakas1 ile kaplanm1~ttr. Bu izolasyon tabakalanndan i~tekinin kahnh8;t 25 mm olup kizelgur, asbest ve ba&layict maddeden; dt~takinin kahnh&t 37,5 mm olup. OJo 85 oramnda ma&nezyum oksidden meydana gelmi$tir. Deneme esnasmda n!la8;adaki sonu\=lar, elde olunmu$tur. Deneme ktsmmm uzunlu&u : 3 m Kullamlan tsitma ortam1 : Dowtherm A 1 buhan <;elik borunun i~ ktsmmdaki temperatiir : 399°C Ma&nezyum oksid tabakasmtn dt$ ktsmmda temperatiir : 52,8°C Deneme ktsmmda yo&unla~an Dowherm : 9 kgr /saat Yogun13$an Dowtherm temperatiirli: 399°C <;ah$ma ~artlan esnasmda Dowtherm'in yogunla$ma gizli tstst 50 kgr.kalfkgr. Mag. nezyum oksid izolasyonunun ortalama 1St iletkenli&ini hesaplaymtz. 1~
izolasyon kiSIDlntD lSI i1etkenli8:i 3$38Idaki gibidir :
Isr iletkenliii
TemperatUr
Yunan Harfleri .a. ~
= a!;t; =
a~a;
•c absorbtivite termal gen1C$me katsaytst
y =ll~l A ~ sonlu fark e = emisivite 6 zaman •
= buharla~ma gizli tstst; fJ, = viskozite; mikron
A=
dalga boyu
p = yogunluk
kgr,kal/(saat) (m) ("C)
93 260 427
0,0762 0,0900 O,!iMO
4-2. 538°C derecede bulunan as•n tsJttlmt~ buhar, dt$ \=3Pl 324 mm. i~ ~apt 272 mm olan ve iizerinde 101 mm izolasyon tabakas1 bulunan bir ~elik boruda akmakta.dtr. Boru !revresinin temperatiirii 26, 7°C derecededir. Su blJ}lanndan boru i\=Crisine tsl transfer kat- · say1s1 97,6 kgr.kal/(hr) (ni") (°C) ve izolasyon dt$mdan ~evreye JSt transfer katsaytst ise asaS:tdaki e$itlikle verilmi~tir.
Altllklar
h
b
f
= akt$k.antn kendi temperatiiriindeki Ozellikleri = akt$kanm film temperatiiriindeki 6zellikleri
m = ortalama deA;er 0 =4!!i s = duvar temperattirii sv = doymU$ buhar t
= birle!tirilmi!
(tilm, total)
Boyutsuz Gruplar Nu = Nusselt saytst Re = Reynolds saylSt Pr = Prandtl say1s1 Gr Grashof saytst Pe = Peclet say1s1
=
= 4,88 + 0,990 (T -
26, 7)'.0S
Bu C$itHkte IJ, kgr.kal/(hr) (m2) CCC); aynca T, izolasyon tabakasm1n dt$ yiizeyinin tempera~ tiirU olup °C ile ifade edilmektedir. Buna gOre kararh durumda, borunun bir metresinden bir saat zarfmda kaybolan tsmm mil\tanm hesaplaytmz. lzoiasyon tabakast
i~in km
degeri 0,0744 (kgr.kal) (m)/(br) (m0)
( 0 C}
du.
4-3. Bir fraksinasyon kolonundan ahnan organik madde buhanm yoA,unl3$brmak maksadt ile, yatay· borulu bir tsl ddi$tirici kullamlmaktadtr. Organik madde buhan, boru~ Iann dt$mda yoA;unl3$maktadtr. So~tma ortauu olarak kullamlan su ise borulanntn _i~ri sindedir. YoAunla$tlrtci di$ ~plan 19 mm, et kahnhklan 1,7 mm ve uzunluklan (faydah) 245 em olan 766 borudan meydana gelm.i~tir. Borular di$Inda dOrt g~ uygulanmaktadir. 1
Dowthcrm: Gaz fazda 151 transferi mak.sad1 ile kullarulan organik bir. SlVt.
190
191
Cihazm kurulmasmdan sonra yapilan denemelerden ·a.5a~1daki sonu.;lar, ahnmi~ttr: Isttma tankmm tSI kapasitesini ihmii.I edcrek, sivtnm 149°C dereceye k
Suyun debisi: 3,69 m 3/dakika (29,4 oc dal Suyun gifi~ temperattirti : 29.4 oc Suyun t;tkl~ temperatii£1l : 49°C Organik buhann yogunla~ma temperatilrli : 118,25°C
4-6.
3 ayhk bir ~ah~madan sonra aym $art1ar altmda, di£er bir deyimle. aym su debisi, nym giri$ ve buhar yo~unla?ma temperatu'r!erinde, suyun 91kt$ temperattirii olarak 46,33°C bulunmu$tur. Yo&unl~an buhann 1st transfer katsay1smda bir de&i$me olmad1gmt kabul ederek, su-
ya ait
JSJ
transfer katsayiSindaki azalmay1 ytizde olarak hesaplaymiz.
4-4. 1 atm basmc;ta }:mlunan 4.536 kgr/saat debiye sahip benzen buharlanm yo&un-la$tlrmak ve yo&unla$ma temperatiirtinlin altma sogutmak maksad1 ile dih;>ey borulu bir kondensOr ve sogutucu' kullamlmaktadir. Yogunl~an benzen buharlan 32,2°C dereceye kadar so&umaktadir. Benzen, kondensOr borulanmn i<; ktsmmda akmaktadtr. Sogutma suyu borulann d1~mda akmakta olup, yogunla~an benzenin kondensOrli terk ettigi u~ta cihaza 23,9°C'da girip di8;Cr u~tan 54°C derecede t;Ikmaktadtr. Tiim 151 transfer katsayiSintn, kondensOriin yogunla5ma meydana gelen ktsmmda 0 1.220 kgr.ka1/(hr) (m') (0 C) ve soguma meydana ge1en krsmmda 488 kgr.ka1/(br) (m") ( C) o12 du&unu kabul ederek, liizumlu tUni. tst transfer alamm (m' olarak) hesaplaymtz. Benzenin 1
atn:J.
basm~ altmda yogunla5ma temperatlirli
= so,soc
Isttma tankma doldurulan A komponenti 15,6oC derecede olup 5.262 kgr a8trh8;mdadtr. Doldurma i~lemi tamamlandiktan sonra kan5ttrma ve tsttma i5lemleri ba5lan:J,aktadtr. A komponentinin tSI kapasitesi a5a8:1daki bagmtr ile verilmi~tir. C = 0,368 -1- 0,252 X I0- 4 I
Yukand?ki e5itlikte C, kgr.kal/(kgr) (°C) ve t ise °C olarak Ol<;iilmii$tlir. <;ah$ma !1artlan altmda tlim lSI transfer katsaytsi, stv1mn temperatliriine tilbi olarak a!ja&tda gOsterildi&i $Ckilde de&i~mektedir.
15,6 37,8 66,0 93,0 12!,0 149,0
u,
kgr.kal/(hr) (m2 )
97,6 219,6 351,4 453,8 531,9 585,6
4-7. Ortalama temperatiirli 204°C derece alan ve borular i9erisinde akan, erimi$ metalik sodyum i9in liD I k, Pe diyagramtni 9iziniz. (a)
hD k = 7
(
0
+ 0,0025
Pe0 ·8 ba8;mtlsmr kullanmiZ.
(b)
k
4-5. t~erisine bir kan5hriCI ye'rle5tirilmi$ ceketli bir lSltma tankmm bir SIVIYI (A komponenti) 15,6oC'dan 149°C dereceye tsttmast istenilmektedir. Caket i~erisindeki lSltma ortarot, 162,8°C derecede yogunl~an su buhandtr. Isrtma tankmm caketli ktsmmm i~ yiizeyi 15 m'2 kadard1r.
oc
Havanm ak1m htZt 30,5 mjsaniye (boru i9erisindeki ~artlarda) olduguna gOre 50 mm 9apa sahip borunun tSitilan ktsmmm tUm uzunlu£;unu hesaplaymtz. Borunun tamamen di.iz oldugunu kabul ederek. borunun tSitrlan kxsm1 i9in basm~t dli~ii5Unli hesaplaymtz.
kullammz.
204°C derecede
80,5°C derecede benzenin yogunla5ma gizli tstst = 94 kgr.kaljkgr.
Slvl temperatiirii,
Atmosfer basmcmda bulunan havanm 4,4°C'den 49°C dereceye ISttilmasi istenilmektedir. Bu maksatla 9ift borulu bir lSI d,egi$tirici kullamlmaktadtr, ISitlct borulannm i9inden hava akmakta. borulann d1~mda ise 0,35 kgr/cm2 (gey9) basm~ta bulunan su buhan yogunla$maktadtr. (ift borulu lSI de£htiricisinin i9 borusu 50 mm ~apmda olup, 4 rnm et kahnhgma sahiptir.
= 69 = 900
SlVl
metalik sodyumun Ozeltikleri
kgr.kal/(hr) (m) (°CJ
kgr/m' C = 0,32 kgr.kal/(kgr) ("C) )L = 1,55 kgr/(m) (hr) p
4-8. 17,8°C derece ve atmosfer basmcmda bulunan havamn (ihmiU edilebilecek kadar az rutubete sahip) 453,6 kgr/saat debi He 26.7°C dereceye tsttllmast istenilmektedir. Isttma ortamt olarak kullamlan ve 4,2 kgr jcm'2 (mutlak) basmca sahip bulunan su buhan, dli$ey tsttlci borularmm i~ ktsmmda yogunla$maktadtr. Hava, ISittct borulanna. dikey bir do&rultuda akmaktadtr. Boru toplulu&u. aktm yOntinde li9 s1raya sahip olup, 60° derece merkezli olarak tertiplenmi$ bulunmaktadtr. Bu tertip tarzmda borulann merkezleri, ¢5kenar bir li9kenin k0$elerinde yer almakta olup, li9genin kenarlan boru ~apmm iki kati kadardtr. DI~ !(apt 25 mm, et kahnhSt 1,25 mm ve etkili uzunlugu 1,22 m olan diiz baktr borular kullamlacak olursa, her dizide C$it saytda boru bulunaca&mt kabul ederek, llizumlu boru saytsmt hesaplaymtz.
C)
4-9. Deniz suyundan tuz elde edilmesi i9in deniz suyu uzunlu&u 30,5 m, geni$li&i 61 m ve derinli&i 61 m alan bliyiik bir havuza ahnmaktadtr. Bu havuzda deniz suyu, giiDC$ ve kuru havamn etkisi altmda buharla$makta, havuzun dibine katt bir tuz kiitlesinin ':;0kelmesine sebep olmaktac'hr. Bu buharla~mrma operasyonunun herhangi bir anmda havuz i~erisindeki deniz suyu derinli&inin 30,5 em oldu&u Ol~iilmli$ bulunmaktadtr. Gline!,ili ve steak ge9en bir gtiniin ak!jammda, havuzdaki deniz suyu stcakltgmm 66°C dereceye kadar yiikselmi$ oldugu gOrlilliyor. Bu Ol~meyi takip eden 10 saatlik. bir gece peryodunda, havamn ortalama temperatiirii 21,1 °C
'
192 olarak Olgiilmil~ olup. gOk yiiziiniin ortalama mutlak siyah cisim temperattirti- 73,3°C dere~ cedir. Buharla.'}ma ve krista1le$me etkileri~i gOz Onii..ne almakstzm, deniz suyu ve yer yilzii arasmdaki tst transferinin son derece az oldugunu kabul ederek, 19 saat sonunda havuzdaki tuzlu suy~n tcmperatiiriinli hesaplaytmz. Tuzlu suyun ~eyre!tik bir 90zelti olma'st sebebi ile Ozelliklerinin suyun Ozellikleri -ile aym oldugu kabul olunabilir. Tuzlu suyun temperatiirti tistten alta kadar aym de8;eri muhafaza etmektedir.
Bolum 5
EVAPORASYON
Havuz ytizeyinden havaya tabil konveksiyonla transfer ola~ 1smm, Jst transfer katsaytst a$aittda verilen ~itlikte hesaplanabilir.
Yukandaki C$itlikte At,, havuzdaki tuzlu suyun temperatiirii ile havuzu c;evreleyen havanm temperatiirleri arasmdaki fark _olup, °C ile Ol~i.ili.ir. h., ise 1St transfer katsayJstdtr ve kgr.kal/(hr) (m"l ( 0 C) birimi ile belirli k•hmr.
S-1. Konuya giri~. Evaporator, esas itibariyle igerisinde sivimn kaynad!j:,>1 bir cihazd1r 1 • Kisim 4-22'de aQiklandigi gibi, kaynama olay1 ile ilgili bugiinkii bilgilerimiz, )·almzca teorik yoldan giderek, i9erisinde SlVl 've gi:izeltilerin kaynatJ]digl cihazlarm planlanmasm1 imkans1z kHmaktad1r. Bu durum, evaporasyon igin 90k degi§ik tipte cihazm kullamlmasma sebep olur. Evaporasyon operasyonunun yapildigi §artlar, pratikte oldukga degi§iklik giisterir. Evaporasyona tabi tutulan SlVI, sudan daha ak1c1 veya giigliilde akabilecek kadar viskoz olabilir. ls1tma alam iizerinde bir kabuk meydana getirebilir, kristal 9i:ikelmesi olabilir, kopiik le§ekkiil edebilir, gok biiyiik kaynama noktas• yi.ikselmesine sahip olabilir veya yiiksek temperature Isltllma sonucunda bozunabilir. <;:ok sapdaki bu problemler, evaporatorlerin mekanik yap•larmda birbirlerinden olclukqa farkh gori.ini.i§lerin ortaya Qikmasma sebep olur. Pratik sebepler ve muhtelif endi.istri kollarmda meydana gelmi§ ah§kanhklar, evaporatorlerin planlanmasma fazlaca tesir ederler.
5-2. EvaporatOr tipleri. tabi tutulabilirler: A. B. C.
Evaporatorler, a§ag1daki §ekilde bir s1mflamaya
Do&rudan dO:gruya ate~ veya alevle ISittlan evaporat6rler Caket veya 9-ift duvar i<;erisinde bulunan, lSltma ortam1 ile lSlttlan evaporat6rlcr Buharla tSihlan ve borulu IStttcJlara sahip olan evaporatOrler a. Borular yatay ve buhar, borulann i~,; k1smmda b. Borular dii~ey ve buhar, borulann di$ ktsmmda 1. Standart tip 2. Sepet tipi 3. Uzun borulu tip, 4. Zorlanm1~ dola~tm ttpt c. Spiral, 9-ift borulu vs. gibi, ISitma borulanna degi~ik ~ekiller verilmi$ evaporatOrler.
S-3. Dogrudan dogruya ate~ veya alevle JSJblan evaporatiirler. Bu s1mfa dahil evapo'tatorlerin ba~mda buhar i.ireticileri gelir. Buhar iireticilerin projele1 Evaporasyonun daha geni$, bilhassa distilru)yon ile evaporasyo_n arasmdaki farkl lirten, bir tamm1 kisJm 6- 1'de yapllm1~hr.
!. Catalta, -
Kimya
Miihendisli~ine
Giri$
be~
F .13
194 '195
rinin hazrrlanmasr ile ilgili bilgiler, kitain!Zin konusu dr§mda olup, daha ziyade makina miihendislerini ilgilendirir. Kimya miihendisinin srvryr baca gaz1 kullanarak buharla§tirmak istemesi halinde, belirli bir tip i~in, standard bir projelendirme mevcut degildir. Bu gibi cihazlann kapasiteleri, daha i:inceki bOiiimlerde aGrklanmi§ metodlar yardrmr ile hesaplamr. 5-4. Cakctli evaporatiirler. Buharla§tmlacak srvrmn miktan az ise, operasyon caketli kazanlarda yaprhr. Bunlar, yaprldrklan malzeme ve yaprli§ §ekilleri yoniinden birbirlerinden oldukga farkhdrr. Genellikle, kullamlan maize-
tada, su buharmtn giri§i ve yogunla§mayan gazlarm
c;tki§I
ic;in b:iglanttlar var-
drr. Bu §ekildeki basit evaporatiirlercle lSI transfer giicii, buharla§tmlan s1vmm viskoztiesine, srvmm kan§tmlma clerecesine ve (daha az olmakla beraber) kazamn yaprlclrgr malzemeye t~bi olmak iizere, 250 iii\ 1.400 kgr.ka!j(hr)(m•)('C) clegerleri arasmda deg;i§ir. Sekil 5-2'cle metalik levhaclan yaprlnn§ caketin kazan gi:ivdesine baglam§t, etrafh bir §ekilde giisterilmektedir.
Dokme dernir kap
-
C1vata delikleri aras1na yerlestirilmis takviyeler __/
Conta
Prese -·,:elik caket
,r Sekil 5 - 1. Buhar caketli kazan.
Dovme flan!ji
Dovme flan?
Kilit somun
me di:ikme demirdir. Evaporator ve caket, ya tek bir parga alarak di:ikiiliir veya caket sacdan yaprhr ve diikme demirden yaprlmi§ alan evaporati:ire dr§tan kaynakla baglamr. Grda maddeleri endiistrisinde paslanmaz gelik, aliiminyum, babr ve bunlara benzer metaller yaygm alarak kullamhr. Caket, levha halindeki metalden yaprlmi§ olup, evaporator giivdesine kaynak veya pergin ile baglamr. Grda maddeleri, il~~lar ve hassas kimyasal maddelerin iiretiminde ig bsrmlan emaye yapt!mr§ evaporatorler, daha fazla kullamhrlar. i;iekil 5-l'de tipik bir buhar caketli kazan gi:isterilmektedir. Ufak kapasiteli evaporati:irlerde kazan krsm1 yekpi\re bir metalik levhadan, biiyiik kapasiteli evaporatorlerde ise muhtelif levhalarm kaynaklanmasr veya lehimlenmesi ile meydana getirilirler. Kazan ve caket k!Slmlanmn birbirlerine baglanmas1 ise kaynak veya lehimleme ile yaprhr. Kazan krsmmm dibine baglanmi§ bir born kazam bo§altmaya, caket bsmmm dibine baglanrni§ bir g1k1§ borusn ise yogunla0an su buharmm di§an almmasma yarar. Caketin list bsmma yakm bir nok-
$ckil 5-2. Kazan-caket ba~Uammlarmm muhtelif tipleri.
5-5. ls•h
196
197
duk~a gcni§ bir kullamlma alam bulmu§ ve en modern, ISiliCI borulan yatay
cvaporatorler, bu tipten geli§tirilmi§lerdir. Bugiin dahi Wellner- Jelinek ad1, bir 90k IsitiCI borulan yatay evaporatorler iGin kullamlmaktadir. En 90k kar§Jla§Ilan tipte, IsitiCI borulan yatay bir evaporator, §ekil 5-3'de gosterilinektedir. Evaporator govdesi, gozelti tank! vazifesi goriir ve dik bir silindir §eklindedir. Bu silindirin alt ve iistii i9biikey ba§hklarla kapati!rni§tlr, bunlardan alt 'kapagm konik olmas1 da miimkiindiir. Evaporator govdesinin alt k1smmm iki yanmda su buhan boliimleri vard1r. Bu boliimler, igten metal kapatma levhas1, di§tan ise ISitlct borulanm ta§Iyan metal !evha ile sanlmi§lardir. lsJtici borulanm ta§Iyan levhalar arasmda 90k say1da yatay boru yer almaktadir. Su buhan, buhar boliimiine bir yandan girer f\, IsitJci borulanm bir boydan diger boya ge9er, bu esnada su buhan yogunla§Ir ve yogunla§mayan gaz-
__ ci:izuci.i buharl
lard an aynhr. Yogunla§an su buhan C yolu ile, yogunla§mayan gailar ise B yolu ile evaporatorii terk ederler. Evaporatorlerin ikinci buhar boliimiinden (giku; boliimii) sadece yogunla§an su buhan ile yogunla§mayan gazlar, evaporatorii terk ederler. Seyreltik gozeltinin (besleme akim1) evaporatiire giri§i, evaporatOriin uygun alan bir noktasmda bulunabilir. Bu yer §ekilde gosterilen D noktas1 veya ba§ka bir nokta olabilirse de, deri§ik GOzeltinin 91b§ noktas1 mutlak suretle alt kismm merkezinde E bulunmahdir. Evaporatoriin alt k1smma, govdeyi ta§Imak ve tesbit etmek igin uygun baglama kollan kaynaklamr. Evaporatorlerin bir 9ogunda, §ekil 5-S'de F ile gosterilenlere benzer gozetleme peneereleri bulunur. Kaynayan 9ozeltiden te§ekkiil eden GOZiieii buhan, G borusu yolu ile evaporatorii terk eder. Isitiei borulan yatay evaporatorlerde Tloruiann sizdi~mazhgi, bir sizdirmazhk levhas1 kullamlarak temin olunur. Bir sizd1rmazhk levhasmm yapih§I, §ekil 5-4' de gosterilmektedir. Sizdirmazhk levhas1 igin kahn bir metal Ievha kullamhr, bu levha iizerine ISI\ICI borularmm di§ Gaplarmdan biraz dalm biiyiik
Boru baglantr levhas1
E~anjor
Seyrel\lt~ik~~D~~~::~::::t ci:ize l~ -:1:::::.·=-r.
borular 1
Yogu nla;;mayan. gaz ve buharlar Sekil 5-4. Yatay tstttct borulan it;in stzdumazhk levhast.
Yogunl.a!;;mi? buhar
1$
$ekil 5-3. Ist,hCJ_ borulan yatay evaporatOr: A, su buhan giri~i; B, yoi§:unla~mayan gazlar ic;in c;tkl!?; C, yo#ullla~mt~ su buhannm <;tkt~t; D, besleme akimt giri~i; E, deri!lik c;Ozelti c;Ikt~t; F, gOzlenp~ penceresi; G, ~,;Oziicil buhan \;tkt!?t. (Swenson)
Gapta delikler delinir. Bu deliklerin d1~ yiizeylerinde hav§a (yuva) U9IImi§llr. Isitiei b.orulan, her iki yoniinden levhalan 2,5 - 3 em a§aeak biiyiikliikte kesilir' ler. Konik liistik eontalar, boru u9larmdan geQirilerek, SIZdirmazhk levhas1 iizerindeki hav~alara yerle§tirilirler. Liistik eontalarm siki§tmlmasi, contalarm hem sizdirmazhk levhasma ve hem de Isillei borularma iyi bir §ekilde yapi§masi iGindir. Borular dorder dorder ilzel bir tertibatla s1zdnmazhk levhasma bag!amr. Bu yap! §eklinin en faydah yonii, borularm degi§tirilmesindeki kolayhkhr. Isitiei borulan yatay evaporatorlerin gaplan 90 em ila 3,5 m araSinda, ISItiCida kullamlan borularm d1~ gaplar1 ise 2,2 ila 3,2 em araSinda degi§ir. Orta kapasitede bir evaporatoriin 9ap1 1,80 ilft 3,5 m ve yiiksekligi de 2,5 ilii 3,5 m arasmdad1r. Bu evaporatorlerin saedan yap!lmalan miimkiinse de, dokme demirin orta dereeedeki korrozyona mukavim olu§u sebebi ile, daha gok dokme de-
199
19-8 mirden yap1hrlar. EvaporatOr ic;erisindeki c;Ozelti seviyesi, lSittcJ borulanm bir
miktar a§acak ytikseklikte olmahdu. !sitiCI borulan yatay evaporatorler arasmda ufak farklar vard1r ve bunlar. genellikle evaporator govdesinin .§eklinde gortiltir. Evaporatorlerin gene! yap•smda ve pan:;alarm baglam§mda durum hemen hemen aymd1r. lsttici borulat1 yatay evapora!Orler, deri§ikle§meleri esnasmda kabuk veya kristal te§ekktiltine sebep olnwyan ve viskozitesi dli§lik olan ~·iizeltiler ic;·in bilhassa uygundur. Bn evaporatOrtin lSitma sistemine ait birim alan fiatT,
diger e\·aporatOr tiplerine nis ...
da <;ok degi§ik durumlar, ortaya <;Ikmi§llr. Bu borunun <;apl degi§ik ahnmi§, bir merkez1 boru yerine birka<; boru konuldugu goriilmii§; bu borular, evaporator govdesine biti§ik yapi!mi§ ve bunlara benzer degi§ik diizenler, dii§iiniilmii§tiir. Bununla beraber, merkezi bir toplanma borusunun kullamh§I, hemen hemen standard bir durum almi§llr. Toplanma borusunun alam, ISil!CI borularma ail toplam alamn 7o75 ila %150'si arasmdadir. Bu hususdaki gene! egilim, daha <;ok birinci degerdedir. lsitlCI borularmm <;aplan 2,5 ilii. 10 em ve uzunluklan ise 75 em ile 1,80 m arasmdfl degi§ir. Endiistride en <;ok 5 em <;apmda 1,50 m uzunlukta borular kullamhr.
betle oldukQa azd1r.
-cozi..ici..i buharl
5-6. Islllci borulan dii~ey evaporatorler. lsitiei borulan dii§ey evaporatorler, ilk evaporatiirler olmamakla beraber, endiistrinin geni§ bir §ekilde ilgisini Qeken evaporatorlerdir. Bunlardan ilki 1850 senesinde Seelowitz (Avusturya) Seker Fabrikas1 Miidiirii Robert tarahndan yapilm•§tir. Bu sebeple, bu tip evaporatiirlere Qogu zaman Robert tipi ad1 verilmektedir. lsltiCI borulan dii§ey evaporatorler Avrupada geni§ bir kullamlma alam bulmu§ ve standard era)ioratiir diye adlandmlmi§lardir. S-7. Standard tip. Sekil 5-5'de standard bir, ISiliCI borulan dii§ey evaporator giisterilmektedir. Karakteristik tarah, evaporator govdesinin biiyiik bir kismmm ISitici borulaniu ta§Iyan metalik levha A ve deri§ikle:;mi§ ~ozeltinin toplama borusu B tarafmdan i:;gal edilmi§ olmasidir. lsihci borulan, merkezdeki B borusu etrafma SU"alanmi§ olup, bir ta§Ima levhasmdan diger ta§Jma levhasma uzamrlar. Su buhan IsitiCl borulanmn di§mda, c;Ozelti ise ir;erisindedir. Gozelti, borular i<;erisinde kaynar ve born agzmdan buhar-sn·1 kan§Imi halinde ft§h.Jnr. Buhar faz1, evaporatOriin seperatOr k1smma, SlVI faz ise merkezdeki B borusu yolu ile evaporator dibiue akar. Yogunla§an su bnhan ise ISitiCimn uygnn bir yerinden (ornegin C bornlan) ahmr. Yogunla§mayan gaz ,.e buharlar ISJl!CJmn iist kismmdaki bir noktadan (D gibi),evaporatorii terk cderler. Seyreltik <;ozeltinin giri§i Eve deri§ik <;ozeltinin <;Ikl§l F degi§ik olabilirse de, §ekil 5-5' de gosterilen durum, olduk<;a tipiktir. Evaporator projesinin <;iziminde degi§ik §ekiller, akla gelebilir: i<;biikey evaporator tabam yerine konik bir laban, boru uzunlugu ile boru c;ap1 arasmdaki oramn degi§ik almmas1, Istttct borularmm uzunlugn ile evaporatOr yiiksekligi arasmdaki oramn farkh olmas1 gibi dnrnmIar dii§iiniilebilir. Biitiin bu degi§imler yap1hrken §ekil5-5'de gosterilen standard tip in gene! prensiplerinde bir degi§me yap1lmaz. IslllCI born Jan ic:erisindeki ~ozelt! seviyesi, iist baglantJ Ievhasma oldnk<;a yakmd1r. 1Ik mtiCI borulan dii§ey evaporatorler, merke;zi toplanma bornsuz yapdffii§Iardir. Bn evaporatorler, iyi souu<; vermedilderinden, kisa bir miiddet sm1ra merkezl toplanma borusu, e\'aporatOrlercle yer almaga ba§lamt§tll'. Bu lmsuscla
@
Separator
@ Yogunla~mayan
gaz ve buharlar
@
Seyreltik cozelti ~E
Ycgunla~ml~
su buhan
Sekil 5 ~ 5. Standart bir, tsttlci borulan dil~ey evaporatOr: A, tsttlct borulanm ta~1yan levha; B ,deri~ikle$mi,} !;6zeltinin toplanma borusu; C, yo£;unla$mi$ su buban gtkl$t; D, yo£;un13..$mayan gazlarm {:tkt~t; E, seyreltik 96zelti giri$i; f. deri$ik <90zelti 91ki$t. (Swenson)
5-8. Sepet t;pi. Sepet tipi, Isltici borulan dii§ey evaporatOr, 1877 senesinde yapilmi:;tir. Bunun bir iirnegi, §ekil 5-6'da gosterilmektedir. Bu tip eva-
I II
201
200 poratorlerde Qozelti, 1s1t1CI borularmm iQerisinde, su buhan is\ borulann dl~m da
Ci:izuci.i
....!Jll'--.1,-.- buhan
iinlenebilir. Sekil 5-6'da gosterilene benzer bir deflektiir levhas1, bu <;ozelti kayhim onemli derecede azaltir. Def!ektorlerin sepet tipi evaporatorlere baglanmasi, standard tipe nazaran <;ok daha kolay
Ci:izi.ici.i buhan
Su buhan (giren)-
Esanji.ir Yogunlasmayan gaz ve buharlar _
Sekil 5-6. Sepet tipi, tsttlct borulan
d~ey
bir evaporatOr. (Swenson)
lslt!Cl borularmm <;aplan ile uzunluklan arasmdaki bagmt1, standard tipin aymdn. Su buharmm ISihC!ya giri§i, §ekil 5-6'da giisterildigi gibi ortadan veya §ekil 5-5'te gosterildigi gibi yandan olabilit. Sepet tipi evaporaliiriin onernli yam, fl§lman <;ozelti-buhar kan~llllllllll <;oze]ti darnlaC!klan ta§lmasmm onlenrnesi i<;in kullamlan deflektiiriin baglanmasmdaki kolayhk't1r. Is1hc1 borulan dii§ey evaporatiirlerde kaynama, olduk<;a §iddetlidir ve bu, <;oziicii buharmm <;ozelti damlaCJk!arml siiriiklernesine sebep olur. Is1tlc1 borulan i<;erisfndeki <;iizelti yiiksekligi dii§iik tutulacak olursa, bu durum klsmen
Yogunlasm15 su buhan
Seyreltik ci.izelti
1
jDerisik. ci.izelti
$ekil 5-7. Islttct borulan uzun evaporatOr. (Swenson, Courtesy of American Institute of Chemical E11gineers)
I
202 Kaynayan gozelti ta§Jyan bir boru igerisindeki SJVJ ak1m luzmm yiiksek ol, mas1, §U iki faydah tesirin meydana gelmesine sebep olur: (1) yiiksek akim hJZJ, viskoz film tabakasmm ve tampon bolgenin kalmhgm1 azalllr, (2) yiizeye paralel akan Qozelti, yiizeyde te§ekkiil eden buhar habbeciklerini te§ekkiil eder etmez oradan kopanp uzakla§lmr. K1s1m 4-22'de aQJklandJgJ gibi, JSJtiCI bornIan dJ§mda gozeltinin yer aldJgl (lsi!JCJ borulan yatay) evaporatorlerde, belirli bir tJ.t kat§Jhgmda maksimum tst akimt temin olunmaktad1r . .1t'nin bu degeri iistiinde, Qiiziicii buharmm JSJ!JCJ borulan yiizeyini ortmesi sebebi ile, ISJ ak1m1 dii§mektedir. Dii§ey JSJ!Jci borulan igerisinde QOzeltinin kaynamas1 halinde, At' nin boyle bir kritik durumu elde olunamamJ§tlr. lsJ!tct borulan dii§ey evaporatorlerde, 90k uzun JSJltCJ borulah (L/D'nm 150'den biiyiik olmas1) kullamldigJ ve ~ozelti seviyesi dii§iik tutuldugu zaman, le§ekkiil eden Qoziicii habbeciklerinin Qozeltiyi sihiiikJeme kuvveti ve gozelti ak1m lnZI ~ok yiiksektir. Bu tesirden faydalamlarak yap1lan ilk evaporator, 1899'da patenti alman Kestner evaporatorii olmu§tur. Bu evaporator, Avrupada 90k yaygm oldugu halde, A. B. Devletlerinde ~ok az kullamhr. A. B. Devletlerinde yapllan, ISJtJCJ borulan uzun bir evaporator, §ekil 5-7'de gosterilmektedir. Her yerde rastlamlan, IsJltCI borulan dii§!'y evaporatorlere benzer. Diger bir deyimle, gozelti JsiltCI borulannm igerisinde, su-buhan ise dJ§mda bulunur. Bu evaporatorlerin IsJtJCJ borulan, 3-6 em 9apmda, 3-6 m uzunlukta bulunmaktad1r. lsJ!tcJ borulan i~risindeki 9ozelti seviyesi, oldukQa dii§iik tutulmakta, ISI!tci borulanmn alt ucundan 60 ila 90 em yiiksekligi a§mamaktadJr. lsitJCI borularmm iist ucundan QOzelti ve QOZiicii buhan bir kan§Im halinde h§k1rarak, deflektore Qarparlar. Bu Qarpma, buhar fazim Qozelti damlaciklarmdan kurtanr ve te§ekkiil eden SIVJ faz, separator kJsmmm altmda toplamr. Bu evaporatorlerde deri§ik Qozeltinin, ana QOZeltiye kan§masmt temin eden baglan!t borusu yoktur ve Qozelti, tst!tCI borularmdan bir kere geQer. Cozelti seviyesinin belirli bir degeri mubafaza etmesi iQin herhangi, bir tedbir almmamt§llr. Seyreltik Qozelti debisindeki degi§rneler, deri§ik QOze]ti yogunlugunda degi§melerin meydana gelmesine sebep olur. 5·10. Zorlanmt~ dolll\ltm tipi. Bu prensibe gore Qah§an bir evaporatOr, §ekil 5-8' de gosterilmektedir. lsJtJCt borulan, standard tipten (genellikle iQ Qaplan 1,9 em ve uzunluklan 240 em) daha uzun ve daha dar olup, iki boru gom]egi arasmda bir 1s1tma elemamna A sahiptir. Boru demeti buhar separatorii k1smmda bir miktar yiiksek bJraktlmt§ltr. Baglant1 borusu C separator k1sm1 ile pampa giri§ini D birbirine baglar ve pampa, Qozeltinin tsJtJct borulan iQerisindeki hareketini saglar. Cozelti, tsJ!Jct borulan iQerisinde yiikselirken once tsmtr ve sonra kaynamaya ba§lar, 9ozelti ve Qoziicii buhan bir kan§Im halinde tsitJCt borularunn ucundan lnzla ft§kmr. Buhar-Qozelti kan§Jml, iQbiikey deflektore E Qarpar, bu Qarpma buhar ve s1v1 fazlarmm birbirlerinden aynlmalanm temin eder. Su buharmm evaporatore giri§i, boru demetinin alt ucundadtr. Boru de-
203 metinin hemen i«;erisinde 1s1tma elemammn iist k1smma kadar uzanan silindirik bir §a§trtma pli\kast F bulunmaktadtr. Su buhan bu §a§Jrtma plilkast ve ts1tma elemanlarmm duvan arasmda yiikselir ve JSillCJ borulan etrafmdan ge9mek iizere a§agt dogru akar. Boylelikle, yogunla§mayau gaz ve buharlar a§agt dogru itilir ve G noktasmdan dt§an atthrlar. Yoguula§au su buhan, tsttma elemanmm all ktsmmdan H dJ§an ahmr. Bu evaporator, bilhassa kopiiren, viskozitesi yiik~ sek alan, JsJtma yiizeyi iizerinde kabuk veya kristal te§ekkiiliine yo] aQan Qozeltiler icin uygundur. Biiyiik 5-11. lsitma sistemi d1~ta, zorlanm1~ dola~1m tipi evaporatOrler. boy evaporatorler i9iu §ekil 5-S'de gosterilen tip, uyguu degildir. Genellikle, §ekil 5-9'da gosterilen tip kullamhr. Bu tipte, tstlma sistemi evaporatorun bir parGUSt olarak yapJ!mJ§ olmayip, tamamiyle evaporatorden ayn, iki ge9i§li bir tSJ-
Seperator
Yogunla~mam1~ ...,__-1--1-"~
gaz ve buharlar Deri~ik
~
--<;;ozUcu buhar1
Su buhan -[giren) -vogunla~ml?
su buhan
cozelti
Sekil 5 _ s. Is 1tma sistemi i~te, zorlanmi!? dola~tm tipi evaporatOr: A, xsttma el~mam; ~~ s~~ peratOr; c, deri$ik !;Ozelti toplama borusu; D, sirkiilasyon pompast; E, deflektor; F, sllmdtrik $a:;artma plakas1; G, yogunla$mayan gazlann !;Iki$1; H ,kondensat ~~kl~I. (Swenson, Courtesy of American Institute of Chemical Engineers.)
205 204 tictdtr. Sirkiilasyon pompas1 ~iizeltiyi ahr, ISI!Ictdan ge<;irir ve evaporatoriin esas giivdesine teget bir giri§le evaporatiire giinderir. Bu durumda evaporator giivdesi sadece bir piiskiirtme (f!a§) odasmdan ibarettir. Teget giri§, biitiin ~o zelti kiitlesine bir diinme hareketi verir ve bu hareket, buharm fazla miktarda Qiizelti dam!aCiklan ta§ImakslZln ~iizelti yiizeyinden kurtulmasmi saglar. Genellikle relatif yiikseklikler, Qi:izeltinin ISitici borulan i<;erisinde kaynamasmi onleyecek, yeterli bir hidrostatik yiik giiz oniine almarak hesaplamr .. Kaynama, <;ozeltinin evaporator govdesine girdigi ve iizerinden basmcm kalk!Igt noktada meydana gelir. Bu tip evaporatorler daha ~ok, evaporasyonlan esnasmda kris- . tal halinde <;okeltiler veren, tuz ve elektrolitik kalevi <;ozeltiler i<;in kullambr.
- Cezi.icu buhan
t '
Sekil 5-9'da giisterildigi gibi, iki ge<;i~li bir ISitictmn kullamlmasi daha uygundur. (.iinkii daha az boru donammma ihtiya<; gosterir ve IsitiCI borulanmn degi~tirilmeleri daha kolaydtr. Tek ge<;i~li bir IsitiCimn da kullamlmasi miimkiindiir. Eger tek ge<;i§li ISittci kullamlacak olursa, borularm degi~tirilmesi daha az kolay olmakla beraber, dii§ey olarak baglanmahdtr. Bu tip, tavan yiiksekligi olduk<;a fazla bir yere ihtiya<; gi:isterir. Evaporator gi:ivdesi, Isillci i<;erisinde kaynamamn meydana geJmesine mani o]acak derecede, ISiliCidan yiiksekte bulunmahdtr. Bir<;ok biiyiik kapasiteli, modern tuz evaporatorleri bu tipte yaptlmt§lardtr. Sekil 5-9'da goriilen evaporatorde tuz <;okmesinin meydana gelmesi halinde, kristalize tuz ve <;ozeltiden ibaret kan~tmm devamh olarak evaporatorden dt§an ahnabilmesi i<;in, biraz degi§iklik yaptlmt§llr. Sekilde gosterildigi gibi, pompamn emme ve basma borulannda genle§me baglanttlan bulunmaktadtr. Bunlar, temperatiir degi§imlerinden ileri gelen diferansiyel genle§meleri zararSIZ J
5-12. Spiral borulu evaporatiirler. Isthci borulan diiz olmaytp spiral, U veya ba§ka bir §ekilde degi§tirilmi§, <;ok saytda ozel evaporatorler vardtr. BunJar, <;ogunlukla buhar kazanlarma besleme suyu temininde kullamhrlar. A. B. Devletlerinde <;ogunlukla kullamlan diger bir spiral borulu evaporator, vakum tavasz adm1 alan ve §eker Qozeltilerinin son evaporasyonunda kullamlan evaporatordiir.
t gaz ve buharlar Yogunla~mayan
Bunlar 2,5 ilil. 3,5 m <;apmda dii§eY silindirlerdir. Silindirin i9 lasnn 4 parmakhk balar borudan yaptlmi§ spirallerle miimkiin oldugu kadar doldurulmu§tur. Spiral borular, evaporator dt§mda bulunan bir buhar ba§hgma (daliJ!Ic!sma) baglanmi§ olup, tek tek <;ah§tmlabilmelerine imUn vermek maksad1 ile, ayn bir kontrol valfma sahiptirler. Bu tip evaporatiirler, fazla bir iistiinliikleri bulunmamasma ragmen, sadece bu endiistri kolundaki ali§kanhk sebebi ile kullamlmaktadirlar. Bunlara Avrupa memleketlerinde, A. B. Devletlerindeki kadar stk rastlanmaz.
5-13. Evaporator yardnnc!lan. Her evaporator, esas evaporator govdesi yarnnda, muhtelif yardtmcilara da sahip olmaltdir. Bu yardtmctlar kimya miihendisliginin diger alanlarmda da kullamldtgi i<;in, burada olduk<;a geni§ bir §ekilde ele ahnacaklardtr.
<;:ozelti 5-14. Yojunla§tmc!lar. Bir evaporator vakum altmda <;ah§tinlacaksa, buharmm yoguala§tmlmasl i<;in bir cihaza ihtiya<; vardtr. Yogunla§tmctlar (kondensorler), a§agtda gosterildigi §ekilde muhtelif gruplara aynlabilir. ~oziicii
$ekil 5 - 9. lsJtma sistemi dista, zorlanmts dolrujtm tipi bir evaporator. , (Swenson, Courtesy of American Institute of Chemical Engineers.)
,_,
206
207 Yiizey tipi (barulu) yagunla§tmcJlar
j Paralel Temas tipi (borusuz) yagunla§tlrlcJlar )
l
akm1 Ztt aktm
5-16.
} { ya~ j barametrik { } l kuru Jdii§iik seviye
Yiizey tipi yogwda§ttrzc•larda, yagunla§an buhar ile sogutma sJVJSI birbirlerin' den metal bir duvarla aynlml§larchr. Halbnki temas tipi yogunla§ltrtctlarda, buhar ve sogutma SJVISJ birbirleri ile iyice kan§lrlar. Paralel aklmla Qalt§an· yogunla§tmcllarda yogunla§mayan gazlar, sagutma suyunun g1h§ temperatiiriinde yagunla§tmcJyJ terk ederler. Buna kar§J!Jk, zzt aktmla gal•§an yogunla§tmctlarda yogunla§mayan gazlar, sagutma suyunun giri§ temperatiiriinde yagunla§tmcJyJ terk ederler. Ya.~ yogunla§tmCilarda, yogunla§mayan gazlar ve sagutma suyu aym pampa ile yogunla§tmcJdan uzakla§tmhrlar. Halbuki, kuru yagunla§ttrtc.Zarda yogunla§mayan gazlar ve sogutma suyu ayn ayn pampalarla yagunla§tmc1dan uzakla§tmlarlar. Barometrik yogunla.Jtmct, yeterli bir yiikseklige yerle§tirilmi§tir. Bu sebeple, sagutma suyn ve yogunla§an gaz ve buhar; yogunla§t!IlcJyJ bir barometrik boru ile terk eder. Halbuki, dii§iik seviyeli bir yagunla§tlr!CJda bn i§, bir pampa tarafmdan yap1lu. Bu s1mflanduma yagun" la§tmcdar arasmda bir bagmtJ saglar ve teorik olarak, temas tipi yagunla§tlncllara aldugu kadar yiizey tipi yagunla§tmcJ!ara da uygulanabilir. Alt sJmflamalar arasmda herhangi bir tertip, teor1k yiinden miimklin olabilir; fakat, pratikte paralel aklmla gah§an yogunla§tmc1lar daima yao;, z1t akJmla ~ah§an yogunla§tmc1lar ise daima kurudur.
5-15. Yii>:ey tipi yojiunl~tmcJlar. Yiizey tipi yagunla§llrlCJ, borulu bir IS! degi§tiriciden farks1zd1r. Genellikle, sagutma suyu borulann i9erisinde, yogunla§tlncJ]acak buhar ise d1§mdad1r. Barulu lSI degi§tiricilerde oldugu gibi, suyun ahm lnzmm artmlmas1 ile lSI transfer katsaylSI (ve buna bagh alarak cihazm kapasitesi) artmhr. Bu husus, IS! degi§tiricilerde oldugu gibi, yiizey tipi yagunla§tmc!larda da Qak gegi§ uygulamakla yap1hr. Genellikle, barulu ISltlCJlarda basmcm (her zaman degil) atmasfer basmc1 iizerinde oldugu kabul olunur. Bu sebeple, yagunla§mayan gaz ve buharlar kendiliginden havaya kaQar. Yiizey tipi yogunla§tmcJ!arda ise baSJnQ, genellikle atmasfer basmcmm altmdad1r. Bu sebeple, havay1 nzakla§tumak i~in bir cins vakum pampasl kullamlmahd1r. Evaporatiirler QOgunlukla sulu QOzeltileri buharla§t!Imak i9in kullamhr. Bu sebeple, te§ekkiil eden Qtiziicii buhan, su buhand1r. <;:oziicii buhan, su buhan degil de organik bir QOziiciiniin buhan ise, bu durumda temas tipi yogunla§tlnc!larin hi9biri kullamlamaz ve yalmz yiizey tipi yagmda§tlflcJ!ar kullamhr. Yagunla§tmlacak buhar, su buhan ise, pratik olarak dliima temas tipi yogunla§tJncJ okullamhr. Giinkii yiizey tipi yogunla§tHICI, temas tipinden daha pahahd!r.
Te~~ ti~i yojiunl~lmci.
Sekil 5-10' da Zit ak1m prensibil'Ie giire
~all§an temas tip! b1r yagunla§tmcJ giiriilmektedir. Bu, esas olarak raflar ve §U§Jrtma levhalan ihtiva eden, dii§ey bir silindirden ibarettir. Sekil 5-10' da su,
-Buhar
Sekil 5 ~ 10. Ztt aktmla !;ah~an, temas tipi (kuru) bir yo,&unl~tmct, A, su giri~ halkast; B, su daA;ttma sava8t; C, D, E, F ~elate yiizeyleri. (Courtesy of American Institute of Chemical Engineers.)
giri~ halkas1 A etrafm~a yiikse~r, B savagm1 U§ar v~ k1sa 9izgiler!e giisterildigi §ekilde< C, D, E ve F §elillelermi meydana getirir. Bubar, alt k!Jsma yakln bir noktadan girer ve suyun meydana getirdigi §elalelerden yukar1 dogru yiikselir ve bu esnada yogunla§Jr. Sogutma suyunun giri§ temperatiiriinde su buhan ile doyrnu§, yogunla~mayan gaz ve bnharlar, yogunla§tmcmm list k1smmdan vakum pampasma gitJnek iizere yagunla§tmcJy:t terk ederler. Sekil 5-10, §a§lftma levhalanmn ve raflarm sadece tipik bir iirnegini giistermektedir. Bundan ba§, ka, ~ok degi§ik yap!l!§lar da vard1r. Bu §ekildeki bir yagunla§tlncJ, sJCak su
209
208 veva daha fazla yiikseklige konulursa, barometrik topI ama t an km d an 10,37 m ' . . 11 1 olur. Yiiksege konulmaz ve swak suyu uzakla§llrmak 1~m pampa ku am ma, dii§iik seviyeli bir yogunla§t!flcldlr.
la§tmnak i~in ) a§ vakum pompas1 kullamhr. Paralel akimla Qah§an yogunla§tmci!ar, z1t aknnla QUh§anlara nisbetle daha az kullamhrlar. Yalmz, artan su sarfiyatmm biiyiik bir masrafl gerektirdigi haller, bunun di§mda kahr. Paralel 5-17. Paralcl veya Zit ak1m yogunla~tmcllanndan birinin sc~imi. veya zit aklm yogunla§tlnctlanndan birinin se~imincle, hava ile temasa gelen snyun tempcratiirii esas rolii oynar. Z1t ak1mla Qah§an yogunla~tinctlarda bu su, giren sudur ve bu sebeple, en soguk sudur; paralel akimla Qah§an yogtmla§tmc!larda ise, Qikan sudur ve en s1cak su<;lur. Bu husus, kullamlan hava pompaslmn Qeki§i veya §ekil 5-ll'de giisterilen tipte bir yogunla§tlrlcl kullamlmasl halinde, vent11ri bogazmm hava ta~1ma kapasitesi iizerinde etki yapar. Bunlardan dalm onemlisi kullamlmasl gereken suyun miktarmda giiriiliir. Total basmc1 100 mm Hg (su buhanmn doygunluk temperatiirii 51,78°C) ve suyun giri~ temperatiirii 15,6°C derece olan, Zit akimla 9ah§an bir yogunla§" tlrlCl)"l goz" oniine alahm. Yogunla§tlrlCIYI terk eden gazlar, yogunla§hncmm i9erisinde bulundugu §artlar altmda, su ile dengeye eri§mi§lerdir. Bu temperatiirde suyun buhar basmc1 13 mm Hg dir. Buna gore, yogunla§tmcmm iist klsmmda mevcut total basmQtan 13 Qlkanlmasl ile ele geQen 87 mm Hg havamn, 13 mm Hg ise su buharmm kismi basmCidir. Bu durumda uzakla§tmlan kan§Im, 87/13 veya her It su buhanna kaq1hk 6, 7 It havadan ibarettir. Birim zamanda uzakla§tmlan havamn miktan (1 atm basmQ ve 15,69C derece) 1 It ise, bu 111iktar hava 15,6°C derece ve 87 mm Hg basmQta 8,74 lt'lik bir hac1m i§gal eder. Bu hava ile birlikte (8,74)(13/87) veya 1,31 lt'de su buhan ta§lmr. Buna gore, pompamn uzakla§tlracagi total hac1m 8, 74 + 1,31 = 10,05 lt eder. G1kan suyun diger temperatiirleri i9in aym hesaplamalar tekrarlanacak olursa, a§agidaki tabla elde olunur.
TemperatUrii
oc
Sekil 5-11. Paralel ak.tmla ~ah~an temas tipi (ya~) yogunla!ltmcl. (SclmtteMKoerting, Courtesy of American Institute of Chemical Engineers.)
Sekil 5-11, paralel akimla 9ah§an ya§ tip bir yogunla§tmciyl goster~ekte dir. Yogunla§tmlacak buhar, yogunla§tmcmm iist kismmdan _guer ve h1r emzikten fi§kiran, yjiksek h1zdaki soguk su akim1 ile karl§Ir. Yogunla§tlr!Cl~m alt k1smmdaki bogaz darla§tmlarak, istenilen vakumu temin :d~cek h1~ yuku meydana getirilir. Bu sebeple, yogunla§mayan gazlar ve su, b1rhkte yogunla§tlflCIYI terk ederler. Baz1 hallerde paralel akimla ~ah§an yogunla§tmCllar, darla§tmlml§ bogaza sahip degillerdir. Bu gibi durumlarda hem hava)'l, hem de suyu uzak-
15,6 27,0. 38,0 49,0
Uzakla!lmlmaSI Hava ile birlikte Uzak.la!ltll'tlmast istenilen hava gereken hava sliriik.Ienen su Suyun Havamn hacmt, It buhan hacm1, lt ve su buhartnm total hacm.t, It nun Hg mmHg
Buhar
Suyun
13 26 49
87
basmc1
87 74 51 13
8,74 10,69 16,09 65,48
1,31 3,76 15,45 438,72
10,05 14,45 31,54 504,20
Bu hesaplamanm yapilmasmdan maksat, suyun temperatiirfiniin buhar temperatiiriine yakla§masl halinde, pampa ile uzakla§tmlmasJ gereken kan§Im hacminin iinceleri oldukQa yava§ ve sonralan,' 9ok fazla olarak artt1g1m giistermektir. t. Cataltti.$ -
Kimya MiihendisliEine
Giri~
F .14
210 211 Z1t akimla gah§an yogunla§tmcilarda yogunla§tmc1ya gonderilen · suyun miktan, yogunJa§tlrlCllllll aJt ucundan yogunJa§tlflCIYI terk eden suyun tempe" ratiirii, su buharmm temperatiiriine yakla§tlil! nisbette azalblabilir. Bu, pampa. ile yogunla§hnc1dan uzakla§tmlacak suyun haem! iizerinde bir tesir yapmaz. <;:iinkii hava, giren soguk su ile esasen dengededir. Bununla beraber, paralel akimla gah§an yogunla§hncilarda, yogunla§tli'IClYI terk eden hava, en swak su ile temastad1r. Yukandaki hesaplamalarda gosterildigi iizere, yogunla§hncJyl terk eden ~uyun temperatiirii su buharmm temperatiiriine eri§ecek olursa, pampa ile evaporatorden uzakla§tmlmas1 gereken hava hacm1 diizgiin olarak artar. Bu husus, bugiin dahi kan§1khgm1 muhafaza etmektedir. Z1t akimla gah§an yoguula§tmcilan endiistride, yogunla§tmcJyl terk eden suyun temperatiirii, su buharmm temperatiiriinden 2 ila 3°C derece daha dii§iik olacak §ekilde gah§tJrmak miimkiindiir. Z1t akimla Qllh§an bir yogunla§tmctya o miktarda su gonderilmektedir ki, yogunla§tmcJyJ terk eden suyun temperatiirii 49°C derece olarak bulunmu§tur. Bu durumu goz oniine alarak, a§agtdaki hesaplamalan yapabiliriz. Gonderdigimiz suyun temperatiirii 15,6°C ise, her kilogram su 49-15,6 = 33,4 kgr.kal absorblar. Paralel a!nmla Qall§an yogunla§tmct kullamlmasi ve yogunla§tlrlcJyt terk eden suyun 49°C dereceye kadar yiikselmesi halinde; yukanda yapdan hesaplamalar, yogunlll§tmcmm hava uzakla§hrma kapasitesinin gal1§may1 pratik kllmayacak kadar yiiksek olmaSI gerektigini gosterir. Yogunla§tmcJya, yogunla§tll'JCJYJ terk eden suyun temperatiirii 27°C derece olacak miktarda soguk su gonderelim. Bu durumda uzakla§tmlmasl gereken hava ve su buhan hacm1, z1t aklmla gab§an yogunla§hnc1ya nisbetle, sadece 14,45- 10,05 = 4,4 litre artar; diger bir deyimle, paralel akJmla gab§an bir yogunla§tmcJya ait vaknm pompasmm kapasitesi, ztt aktmla gah§ana nisbetle %40 daha fazladtr. Bununla beraber su, yogunla§tmcJy:t 27°C derecede terk ettigi igin her kilogram su 27- 15,6 = 11,4 kgr.kal absorblar; diger bir deyimle, ztt aktmla gah§an bir yogunla§tmcmm ancak iigte biri kadar. Bu ozel durumda paralel aktmla Qah§an yogunla§tlrlCl, Zit aktmla gah§ana nisbetle %40 fazla kapasiteye ihtiyaQ gosterir ve iig misli soguk su kullamr. Evaporatorlere ait yogunla§tmctlarm ihtiyact alan soguk su, saatte binlerce litreyi bnlmast sebebi ile, -iig misline gt1:mast halinde i§letme masrafmt onemli derecede artun. 5·18. Vakum pompalan. Paralel aklmla Qah§an ya§ bir yogunla§hnctdan, yogunla§mayan gazlann ve siCak suyun uzakla§tmlmasJ iQin kullamlan pampa, hemen her yerde 90k9a kullamlan pistonlu pompalarm tamamen benzeri olabilir. Bunlar, hem suyu ve hem de havayt uzakla§hrmaya yeterlidirler. Kuru vakum pompalan, sadece ztt aklmla Qllh§an barometrik yogunla§tmctlar iGin veya sadece havanm uzakla§tmlmast gerektigi hallerde kullamhrlar. Ge-
nellikle bm,Jarm yaptb§lan, hava kompresor!erine benzer; yalmz, parca arahklannm mumkun oldugu kadar az ve valf mekanizmalarmm, miimkiin oldugu · b kadar haft£ olmasma dikkat edilir. Bu pompalara ait fazla bi!g1• ver·J · 1 mesme u k1·t apta 1'h ttyaQ yoktur.
Su buhan Hava-
Su-
g-• 17. !ki
~~ ~l 'E
ca
Su
kademcli buhar-jet ejektOrii: A, ilk kademe nozullan; B, yo8tJniW~ma oda_ikinci kademe nozullan; D, hava !;Iki$I (Courtesy of American Institute of Chemi-
ncmeers).
. . ?.ii~ _geQtikQe on~~- kaz':"'an vakmn pompalarmm bir tipi de buhar' jet e7ektorudur. Bunun btr ornegt, §ekil_ 5-12'de gosterilmektedir. Yiiksek basmgtaki su buhar:. A nozulundan girer ve venturi §eklindeki bir borunun bogaz ktsmmda Qok yuksek ht~h bir _iet ~ey~~na getirir. Uzakla§ttnlmast istenilen yogunla§mayan gazlar §ektlde gostenldtgt gibi cihaza girerler. Venturi borusunun boga~~~. kullamlan .su buharmm hactm ve htztm uygun bir §ekilde diizenleyerek, akum altmdakt klSlmdan, su buharmm yogunla§m&yan gazlan ahp gotiirmesi
213
212
bazi bulunan bir kondensat depolama tankma ahmr. Bu tank, aynca kondensatm, almmi§ oldugu buhar boliimiine baglanml§llr. Boylelikle, buhar bOliimii ve depolama tanh aym basm9 altmda bulunur ve kondensat kendi ag1rhg1 altmda bo~ahr. Kondensat, Qila§mda bir aklm diizenleme valh bulunan depolu bir santrifiij pampa ile bo~alhhr. Bu valf, depolama tankmdaki seviye kontrol cihazma, depolama tankmda istenilen bir seviyeyi muhafaza edecek §ekilde baglanmi~tir. Kondensat seviyesi, istenilen seviyeyi a§\Igi takdirde, otomatik olarak valf aQiin· ve bo§alma ba§lar, istenilen seviyeye eri§ilince valf kapamr.
· .. . . (dii•iik mutlak basmc;) igin, su 'b' "unla•tmc1ya B getemin edilebilir. C:ok yiiksek degerdekl vakum l · b ndan vard!InCI If yog ' bu Jan hava kan§IIDI, ventun orus~ · • unla§tlrlhr ve geriye kalan 0 ger. Burada su buhan, soguk su Jell tarafm~an Y g ld · Jk!• atmosfer baG ellikle lk!DCI nozu an 9 ' . 1Java ik·inci bir nozul a C guer. en ' k d kan•Jm dJ§an at1hr. . l . bn~ suretle' D no ·tasm smcma en§ecek §e k'ld 1 e yap!Ir, . kan aCI ' ile projelendiri.l "k 1. k m meydana getume am tk1. ka d emeli ejektbr er yu se' va u ' . . kt" l ··n pro]'elendirilmeleri . . ..~ kademe1I eJe or en lirl er. 0,5 mm mutlak b asm9l ar !Q!ll u, onlarmda pek s1k . . kt" l . evaporasyon operasy l miimkiindiir. C:ok kademe 1 e]e · or erm k 11 1 1 r 660 mm .k d li eJ· ektorler bazan u am Ir a . kullamlmamalarma kar§lh k, ikI a erne . .' k .. . bubarla c;ah§an va. . . ·n bubar Jet e]e toren, veya da h a biiyiik vakum temml J9I mm'nin iizerinde va. b l ' d b az bubar kullanlr1ar. 705 ~ kum pompalarma ms et e, a a . kl t ,·hazlann kullamlmaSI . d h vayi uza. a~ lflCl c kum degerleri i9in pral!kte sa ece a . l k mpalarmdan diger bir . kt" l . . piston u va urn po miimkiindiir. Buhar jet eJe or enmn l l e bu sebeple bak1m ' iistiinliikleri de hareket eden par9alara sabip 0 mama an v
~inimum
d 'k' fp Imast EvaporatOrlerden kon ensat, 1 1 1 5-19. Kondensatm u:talda§tm • ator yeterli bir yiiksekE 'h 1 1 b'l' palar ve kapan1ar. vapor ' c1 az a uzakla§tm a 1 1r; porn kl t 1 bilir bu en basil med' ag"Irhgl ile uza a§ m a ' 1 lige kurulmu§sa, kon d ensat ken O . b . .~in pistonlu pomp alar 1 dana gelir nee en u I§ I, 'l . to dd ur; f akat, nad 1ren mey · • n gazlar1 uzakla§l!rabl l k d hem de yogun1a§maya kul amlml§, hem on e~saU ve d B altmamn yap!lacagi yer, atmos0 mek amac1 ile biiyiik gu9te yapllm!§larldlf .• .§. l er i•de kullamlan santrifiij altmda o ugu J91D, 1 ' . b ,d ~Iklamasl yap1lan depo1u fer b asmcmdan az b If asm9 d • 1'ld'1 Klslm 3-40 a a, pompalar, bu i§ i9in uygun eg _ r. b" .. k vaporator kurulu§larmda hemen santrifiij pompalar, gayet pratlktlf ve uyu e hemen standard bir cibaz olmu§tur.
masraflanmn
olmasldn.
5-20. Kapanlar. Bubar kapanlan, sadece evaporatiirlerden kondensatm uzakla§tmlmasi igin kullamlan bir cihaz degildir. Genellikle, buharla ISit!lan borulu ve caketli JSlhcilarda, her tip lSI degi~tiricilerde kullamhrlar. Bubar kapanmm gorevi, kondensatm 91kmasma miisaade etmek; fakat, su buhannm QikmasmJ onlemektir. Endiistride c;ok degi~ik tipte buhar kapam kullamlmakla beraber, bunlan ii9 esas simfta toplamak miimkiindiir: genle§meli kapanlar, kovah kapanlar ve kald!rac;h kapanlar. Bubar kapanlan, yap!II§lan goz online almmakSIZ!ll doniimlii ve diiniimsiiz olmak iizere de ikiye aynhrlar. Doniimsiiz buhar kapam kondensati, yalmz kondeusat aldigi yerin basmcmdan daha dii§iik baSffi9ta· alan bir yere bo~altabilir. DoniimlU bir kapan ise kondensatl, kondensat .ald1g< yerin basmc1 kadar veya daba yiiksek alan bir yere bo~altabilir. Teorik olarak, herhangi bir kapan tipi, doniimlii veya doniimsiiz olabilir. Hakikatte, ilk iki s1mf kapan, daimil doniimsiiz kapanlard1r ve iic;iincii grupta sadece doniimlii kapanlar yer ahr. Sekil 5-14'de genle§meli bir kapan gosterilmektedir. Bu kapanm, kapah ve metalden yap1lmi~ bir kovam A vard1r. Metal kovanm bir ucuna, uzamp kisa-
Yogunta;;mamr;; gaz ve buharlar Yogunlasmrs su buhQJ..l---,
Basrnclr hava Depolama tankr
----.z.¥-
Diizenleme havasr 5 eviye k on t rol '----rcihazr Sekil 5- 14. Genle$meli kapan: A, kovan; B, oluklu boru; C, valf. (Sarco.)
~ekil 5 ~ 13. Fla~ tankt ile kondensat uzakla~tmlmast.
..
l bir baglam§ §ekli, §ekil 5-lS'de gasBoyle bir pompamn c;ok yaygm 0 an b' b u ile seviye kontrol citerilmektedir. Evaporati:irden gelen kondensat, If or '
labilen oluklu bir boru B baglanmJ§\Ir. B borusunun sol ucu kapahlm1~ ve buraya C valfmm ba§hg1 tutturulmu§tur. Kavan ile oluklu borunun arasi, yagla doludc1r. Valf civarmda kondensatm toplanmasi ve radyasyonla lSI kayb1, kovamn sogumasma sebep olur; y~g daralir, valf a91hr ve kondensat di§an ahhr.
215
214 Kondensatm hepsi di§afl at1!digi ve su buhan, tekrar kapana girdigi zaman, B borusu genle§ir ve valf kapamr. Bu cihaz, 90k basittir ve hareketli pargalan yoktur. Ufak kapasiteler i9in gok uygundur, yaln1z dalm fazla hassas ayarlamay1 gerektirir.
Sekil 5-15'de tipik bir kovall kapan, gosterilmektedir. Kapana giren kondensat, belirli bir agirhga eri§inceye kadar kova A igerisinde toplamr. Sonra kova dii§er, B 9ubugunu a§ag1ya dogru geker Giri? ve kovanm iist klsmmdaki C valhm a9ar. Bu hareket, kondensatm d!San hrlatllmasmr miimkiin kr' . Jar. Yeterli miktarda su di§an atiidiktan sonra, kova yiizmeye ba§lar ve vah kapat1r. Yogunla§ma$ekil 5- 15. Kovah kapan: A, kova; B, valf yan gazlar, zaman zaman Ortme gubugu; C, bosaltllma valf1. levhasi iizerindeki bir valf ag!larak di§an atihrlar.· Bu kapanlar, aral1kh gah§Irlar ve doniimlii kapanlar ohirak yapilmr§htrdir. Diger bir tip kovah kapau, §ekil 5-16'da gosterilmektedir. Sekilde ters kovamn dibe oturmu§ oldugu ve bo§altma valfmm ag1k bulundugu goriilmektedir. Bu doniimsiiz bir kapand1r; diger bir deyimle, giri§teki basmg giki§taki basmQtan daha biiyiiktiir. Kapana kondensat geldigi zaman kovarun i9ini ve di§llll doldurur, val£ yolu ile di§anya at1hr. Biitiin kondensatm di§an atilmasmdan sonra, bn klsma su buhan gelecek olursa, bnhar kova igerisincleki konclensati cl1§an Qrkararak onun yerini a!Ir, kovayr yukar1 kaldmr ve g1k1§ valflm kapatlr. Bu hal, kova iQerisindeki buhann raclyasyonla lSI kayb1 sonucu yogunla§masma kaclar clevam eder. Bubar yogunla§mca, kova yerine oturur ve te§ekkiil eden konclensat, valfm agllmaSI ile di§afl al!hr. Sucla goziinmii§ hava ve diger gazlarm kova iQerisinde birikmesini onlemek iQin, kovamn iist klsmmda gok ufak bir delik yapihni§tir. Hava ve diger yogunla§mayan gazlar, bu delikten once kapamn iist krsmmdaki bo§luga ve oradan da, kondensat ile birlikte grkl§ yolu ile d1§an al!hrlar. Bu iki tip kapanm agiklanmasmdan, bunlarm en gok kullanilan veya en iyileri oldugu sonucu 91kanlmamahdrr. Bunlarm ornek ahm§mdaki maksat : (1) kovah kapanlarm gah§ma prensiplerini ag1klamak, (2) kovah kapanlann yaplh§larmdaki farklar hususunda bilgi vermektir. Kovah kapanlar, daha once agiklamaSI yapllan genle§meli kapanlarm kul-
lamldJgi cihazlara nisbetle daha biiyiik olan cihazlar igin uygundur. Fakat, evaporatorler gibi 90k biiyiik kondensat kapasitesi i9in de yeterli degillerdir. Daha.once ad1 gegen kaldiraQh kapan, agikladiklahmiza nisbetle gok claha kari§Ik yapiii§tadir ve endiistricle kendisine daha az rastlamhr. Bir pompanm kullamlabilecegi hallerde, kapamn pompa kadar yeterli olmayacag1 gene! fikri mevcuttur. Yalmz kaldiraQh kapanlar, diiniimlii olarak yapilabilirler. Bu sebeple, kald1raQh kapanlarm agiklamalan yapi!mami§ ve big bir doniimlii kapan, gosterilmemi§tir.
Temizleme - - ' tapas!
Valf --
nlasmam1;; gaz ve buharlann c1k1s deli~i ers >;evri lmis kova
t
Sekil 5 ~ 16. Ters kovah buhar kapam. (Armstrong)
5-21. Tuzun bo~altdmas•. Birgok evaporasyon operasyonlannda, gozeltiden kat! maddeler, gokelir yeya kristallenir. <;okelti ve kristallerin evaporatorden bo§altilmasi konusunda bir 90k metod vard1r ve bunlardan baz1larmm aQiklamasi a§agida yapilmi§tlr. 1. <;okelti veya kristallerin ha§ka bir yere bo§alt!lmaSI 2. Tuz ahc!lar (veya toplayicilar) 3. Tuz elevatorleri • 4. Bir pompa ile clevamh bo§altma AQiklamalanmizda evaporatorden uzakla§tmlmaSI istenilen kat1 maclde veya kristaller, tuz diye adlanclmlacaktir. Burada tuz, Qozeltiden uzakla§tmlmaSI I gereken herhangi bir kal!du.
2147
216 C:iizelti, devams1z gah§an bir evaporatiirde deri§ikle§tirilmekte ve iizellik· le deri§ikle§menin sonuna dogru gozelti viskozitesi gok fazla yiikselmekte ise, te§ekkiil eden kristaller suspensiyon halinde kahrlar ve QOzeltinin bo§altiltllmasi esnasmda onunla birlikte evaporatorii terk ederler. Kristallerle kari§Im halindeki ana QOZelti, kristalleri'\ aynlmaSI iQin bir filtreye veya bir santrifiije gonderilir. Bu usul, §eker endiistrisinde genellikle uygulamrsa da, diger endiistri kollarmda pek yaygm degildir. Az miktardaki tuzun uzakla§tmlmasmda kullamlan daha yaygm bir metod, §ekil 5-17'de gosterildigi gibi, evaporatoriin alt k1smma bir veya daha fazla sayida toplayicl yerle§tirilmesidir. Bunlar, sadece iQlerinde tuzun toplanacag1 ve ·
Su buhan veya I hava +
Buhar senera torune
t. '
-Evaporator
miktarda tuzun te§ekkiilii halinde, konik.tabana iki tuz filtresi baglamr ve bunlardan biri ayll'ma i§lemini yaparken, digerinden tuz bo§altihr (§ekil 5-17). Bu metod, sadece saatte 1 tondan daha az, tuz bo§altmay1 gerektiren hallerde uygulamr. " · Tuz wdiistrisinde, uzun y•lJar dipleri konik evaporatiirler kullamhm§ ve konik dipte t.oplanan tuz, kovah bir elavatore giinderilmi§tir. Bu metod, bugiin terkedilmi§ bulunmaktad1r. Evaporatorden uzakla§tmlmas1 gereken tuzun mik- ' tan tuz filtrelerinin kullamlmasm1 engelleyecek kadat fazla ise, ana QOzelti tuz kan§Immm pompalanarak uzakla§tmlmasi, en uygun metoddur. Bu metodda, eYaporatoriin konik dibine bir santrifiij pampa baglamr, devamh bir abmla ana qozelti tuz karl§Iml evaporatorden durultma tankma gonderilir. C:iizelti k1sm1 bir savag1 a~arak tekrar evaporatore di:iner. Durultma tankmm dibinde biriken tuz, b1r santrifiije veya devamh Qah§an 'bir filtreye gonderilir.
Evaporator
--~=~l -------~
!)ekil 5 - 17. Devams1z tuz filtreleri.
arahklarla buradan filtrelere pompalanacag1 hirer toplama kab1d1r. Fakat, daha gene! olam, bunlann tuz filtreleri olmas1du. Her filtrede bir siizme ortam1 bulunur. Bu, ~ogunlukla iki delikli sac levha arasma konulmu§ tel orgiidiir. Alt k1sma, delikli sac levhamn hemen iistiine gelecek §ekilde, gozleme ve babm kapag1 konulmu§tur. Bu kapak aQilarak tuz, kiirekle di§ari ahmr. Tuz filtresi, bir dengeleme borusu ile evaporatoriin separator k1smma baglanmi§tlr. Bu suretle, evaporatorle baglantl kurulmadan once buraya vakum uygulanabilir. Tuzun ana gozeltiden tamamen kurtanlabilmesi iQin, tuz filtresine su buhan veya hava giri§leri baglanmi§tlr. Evaporasyon esnasmda bir tuzun aynlmas1 ve bu tuzun evaporatorden, evaporator Qah§maslm engellemeksizin uzakla§tmlmas! isteuildigi hallerde, alt bsm1 konik yapili§ta alan evaporatorler kullamhr. Te§ekkiil eden kristaller, belirli bir biiyiikliige eri§ince, devreden abmdan kurtulur ve konik evaporator tabamnda toplamrlar. Te§ekkiil eden tuzun miktan az ise, konik tabana sadece bir tuz filtresi baglamr ve konik tabanda tuz toplamrken filtre bo§altllu. Biiyiik
Ana <; i:ize lt i + Tuz {ince ~urup)
1
j Ana cozelti
t
Ana cozelti+ Tuz ( kal tn ~urup) Suzgece Evaporatorden A ge Len ana c;oz e·'Lt"i-<= __=__,t$"'---.......J='---ve tuz Sekil 5-18. Devamh cah~an tuz ~Okeltme ve uzakla~ttrma sistemi. A, evaporatOrden durultma tankma tuz-<;Ozelti kan!)tmmt ta~nyan santrifiij pompa; B,, dagttma levh£1S1; C, savak; D, berrak <;Ozelti bo~altma borusu. (Swenson, Courtesy of Am-erican Institute of Chemical Engineers.)
219
218 Boyle bir diizen, §ekil 5-18'de gosterilmektedir. Santrifiij pampa A, evaporatoriin konik dibinden veya §ekil 5-B'de gosterilen zorlannn§ dola§Im tipi evaporatOriin sirkiilasyon ~isteminden, aldigi ana ~ozelti tuz kan§Iffillli (ince §Urup) yine konik dibi alan bir durultma kabma gonderir. Dag1tma levhas1 B, akimm durulma sistemi i~erisine diizgiin ~larak dagi!masmi ve biiyiik kristallerin, kendi ag1rhklan ile durultucunun konik dibine gokelmelerini temin eder. Ufak kristalleri suspensiyon halinde ta§Iyan ana ~ozelti, bir savag1 a§arak tekrar evaporatore doner. Bu ana 96zelti - ufak kristal kan§Immm miktari, evaporatordeki gozeltinin isteniJen konsantraS?(Onda lutulmaSinl onleyecek degerde ise, bir kJSlffi ~ozelti D borusu yolu ile di§an ahmr. Tuz- ana ~ozelti kan§Immda, ana gozeltinin miktan, kan§Imm kalay akmasm1 temin edecek ve t1kanmalara meydan vermeyecek §ekilde diizenlenir. Genellikle, iki kisim ana gozelti bir klSlm tuz en iyisidir. Bir k1s1m tuz ve bir kis1m ana ~ozelti ise maksimumdur. 5-22. «;ozelti damlactldan i~in aymcdar. Gozelti faz1 i~erisinde 'te§ekkiil eden bir buhar habbecigi, ~ozeiti yiizeyine eri§ir ve yiizeyde par~alamr. Par~a lanan habbecigin· sahip aldugu buhar faz1, pargalanr:ra esnasmda, bir klSlm ~0zelti damlac1klarmm te§ekkiiliine ve buruarm buharla birlikte siiriiklenmelerine sebep olur. Boru u~larmdan h§kiran'buhar- sivl akim luz1 ve bunurila e§ yone sahip alan ~ozelti akim hlz1 fazla ise, te§ekkiil eden ~ozelti damlac1klarmm biiyiikliikleri, birbirlerinden olduk~a farldidir. Bunlardan bir kism1, derhal tekrar SIVI yiizeyine donerler, bir kism1 ~ok yava§ dii§erler, bir k1sm1 ise hig dii§meyip. buharla blrlikte siiriiklenirler. Gozelti damlaCiklannm buhar faz1 tarafmdan ta§mmasi olayma yiiklenme denebilir. Boyle bir olay (a) buharla§tmlan ~ozeltiden onemli bir kaybm meydana gelmesine, (b) kandensat diger bir maksat igin kullanilmakta ise, bunun kirlenmesine sebep olur. · Goziicii buhan tarafmdan gozelti damlaci!darmm ta§mmasi olaYJ, evaporatoriin iist lasmmdaki seperator k1smmm biiyiik yapilmasi ile, bir dereceye kadar onlenebilir. Bu k1smm, biiyiik bir hacme sahip olmasi sebebi ile buhar luzt dii§iik alur, buhar biiyiik ve arta biiyiikliikteki damlac1klan ta§Iyamaz. L;:ozelti damlalart Buharm alduk~a yava§ alan bu yerdeki hareketi esnasmda, damlaciklar kendi ag~rhkla $ekil 5 • 19. <;ozelti damlacJklan rmm tesiri altmda SIVI yiizeyine geri doneri~in bir aytnct. (Swenson.)
lt
\I
ler. Ufak damlaciklar, bu esnada buhar faz1 ile birlikteki harcketlerine devam ederler ve bunlann aynlmalan igin ba§ka bir metadun kullamlmas1 zarunlu olur. Buhar ak1mmm yonii birdenbire degi§tirilecek olursa SIVI damlac1klan, momentleri sebebi ile, bu degi§meye hemen uyamazlar. Uzun senelerden beri evaporatoriin separator kismma veya bu kisma baglanan ozel bir boliime Qarpma levhas1 konulmaktad1r. Gozelti· damlaciklanm ta§Iyan buhar faz1, bu levhaya 9arpar; damlac1klar, yiizeyde tutulduklan halde buhar, levhanm etrahm dola§Ip yoluna devam eder. Metalik yiizey iizerinde toplanan damlaciklar, sivi bir film tabakasi meydana getirirler. Boylellkle, tekrar buhar faz1 tarafmdan ta§m• malan onlenmi§ alur. Goziicii buhan ve Qozelti damlaciklarmdan ibaret heterojen kan§Ima bir donme hareketi verilecek olursa, santrifiij kuvvet sivi da~!aCiklarmm kenara hrlatilmalarma, burada tutulup bir film :1alinde a:;ag1 akmalanna sebep olur. Evaporatorlerin birQogunda kullamlan ve gok yaygm olan bir seperatiir tipi, :;ekil 5-19'da giis,terilmektedir. Goziicii buhan -' gozelti damlaCiklan kan§Imi, ceget bir durumda separatiire girer ve derhal doner bir hareket kazarurlar. Levha halindeki bir metalden yap1lmi§ spiral bir pervane mevcut oldugu takdirde, bu donme hareketi kuvvetlenir ve SIVI damlaciklan luzla separatOr duvanna Qarparlar. Yiizeyde toplanan ve inc~ bir film tabakas1 halinde a:;ligiya dogru akan bu 90zelti faz1, toplanarak evaporatore gonderilir. Separatoriin alt kismmda buhar 180°'lik bir diinii:; yapar ve Qiki§ borusuna girer. Bu hareket, damlac1klarm buhar fazmdan ayrihp, separatoriin dip k1smma dii§mesine sebep olur. Evaporatiirlerle birlikte kullamlan diger bir tip separator, ~ekil 5-20' de gosterilen, santrifiij separatOrdiir. EvaporatOr govdesinden 91ki§, bir miktar simrlandmlmi§tir. Bu suretle buhar, yatay kanulmn§ bir §a§Irtma levhasmm merkezdeki ag1khgmdan A ofdukQa yiiksek bir luzla separatore girer. Bu a~1khgm iizerine spiral kanatlan alan silindirik bir kafes konulmu§tur. Buharm, spiral kanatlann arahklanndan geQmesi gereklidir. Bu geQi§, kuvvetli bir domne hareketinin meydana gelmesine sebep olur. DOnme hareketi, buhar tarafmdan ta:;man 90zelti damlaciklarmm C duvarma luzla garpmalarma sebep olur ve bu damlaCiklar, birle§erek D borusu yard1m1 ile evaporatore geri donerler. Kafesin iist k1smmdaki §U§Irtma levhalan yard1m1 ile buhar, birkaQ defa yon degi§tirir ve bu esnada buharda kalmi§ son QOzelti damlaciklan da yiizeylere <;arparak tutulur. Bu klSlmda tutulan Qozelti damlaciklan, birikerek E borusu yolu ile evaporat5re geri diinerler. Buhar separatorleri, tiim evaporator kurulu§n i~e risinde gok ufak bir haCim i:;gal ederler; fakat, uygun bir §ekilde porejelendirilmedikleri takdirde, fazla miktarda basm~ dii:;ii§iine sebep olurlar. Bunlarm onemi, 90k tesirli evaporatorler kismmda a~IklanacaktJr.
220
221
5-23. Kiipiik. Bir~ok hallerde kopiik te§ekkiilii ve ~oziicii buhannm damlaciklan ta§Imasi konulan, birbirleri ile kan§tmhr ve yanh§ olarak biri yerine digerinin kullam!digi goriiliir. Ornegin, §ekil 5-19 ve 5-20'de gosterilen cihazlar, sade'ce buhar tarafmdan ta§man ~ozelti damlaciklanm tutmak i~in yapilmi§ olduklan halde, bir ~ok yerde kopiik tutucular diye adlandmhrlar. Kopiik, tamamen ba§ka bir olaydir ve kaynayan bir SIVI yiizeyinin kararh habbecikler tarafmdan ortiilmesi anlamma gelir. Bu, ocakta siitiin kaynad1gmi ~ozelti
Buhar
gi:irmii§ olan herkes tarafmdan bilinen bir olayd1r. Kopiik te§ekkiiliiniin sebebi, - yeterli bir §ekilde heniiz aydmlatiimami§sa da §u faktorlere tabi oldugu bilinmektedir: (a) SIVI yiizeyinde, yiizey gerilimi esas sivmm yiizey geriliminden farkh bir tabakanm te§ekkiil etmesi; (b) 'yiizey tabakasm1 stabilize eden, ~ok nfak kati pargac1klann veya kolloidal taneciklerin mevcut olmas1. Bu faktorler, SlVImn gene] karakteri iJe 0 §ekiJde yakm bagmtibdir ki, S!VIyi bir On i§Jeme tabi tutarak kopiik te§ekkiiliiniin onlenmesi, ~ok nadir rastlanan. bir olaydu. Kopiik te§ekkiilii ile miicadele hususunda uygulanan pratik me\odlar, kopiigiin yiizeyden kopmas1m ve buhar fazma gegmesini onleyecek §ekildedir. Kopiik evaporatoriin buhar borusuna eri§ecek olursa, hi9bir separator, kopiigiin kondensore ge~mesini onleyemez. Pratik metodlar, az veya ~ok ge~ici tedbirlerdir. Kaynayan s1v1mn seviyesi, ISitiCI borulanmn iist uglanmn altmda tutulacak olursa, te§ekkiil eden kopiik s1cak ISI transfer yiizeyi ile temasa gelerek pargalamr. Baz1 hallerde, J..opiik tabakasi iizerine su buhan jeti gonderilerek kiipiik tabakas1 pargalamr. Diger bir metodda ise, kopiik ta§Iyan gozelti biiyiik bir lnzla IsltiCI borulanndan fi§kirtihr ve bir levhaya garpmas1 temin edilerek, kopiik habbecikleri mekanik olarak par~alamr. Bli §ekildeki onleme metodu, lSitma sistemi evaporator giJ\·desi igerisinde olan zorlanml§ dola§Im tipi evaporatOrlerde ve
lSihCI
borulan uzun eva-
poratorlerde goriiliir. (:ok az miktarda siilfone edihni§ hint yag1, pamuk ~ekir degi yag1 veya diger bitkisel yaglarla, bir k1s\m silikonlar klipiik te§ekkiiliinii kontrol altma alabilir veya tamamen ortadan kaldirabilirler. Te§ekkiil ettigi takdirde kopiik, hakikaten ciddl bir problemdir. Kopiik te§ekkiiliinii tamamen ortadan kald1rabilecek yeterli bir metod, heniiz bulunamami§tlr.
Buhar
5-24. Eveporatiir kapasitesi, ISI ve kiitle dengeleri. Bir evaporatoriin kapaSJtesi, herhangi bir ISI transfer cihazmda oldugu gibi, (4-41) numarah e~itlikle hesaplamr :
Bu e§itligin ~oziimiinde kar§IIa§llan ilk problem, liizumlu tiim ISI miktarlannm q hesaplanmasH:hr.
Tut ulan
Buhar
c:ii z el t i ---f.l damlacJklan ~ekil 5 - 20. Santrifiij seperatOr: A, cvaporatOrden gelen buhann giri~i; B, spiral pervane kanatlan; C, garpma levhast; D, ~arpma Ievhast ic;inde tutulan damlactklan, evaporatOre gOndermeye mahsus boru; E, c;arpma levhast dt~mda tutulan damlactklan, evaporatOre gOndermeye mahsus boru. (Warner, Courtesy of American Institute of Chemical Engineers.)
Sekil 5-21'i goz online alahm. Bu, !Sltma sistemi basit bir helezondan ibaret olan Qok basitle§tirilmi§ bir evaporator diyagramrd1r. Evaporatore gonderilen seyreltik Qozelti debisi F kgrjsaat ve bnnun ~oziinen komponent fraksiyonu da x F olsnn. x sembolii, genellikle ag1rhk fraksiyonn iQin kullamhr ve yiizdenin 100 saps1 ile boliimiinden elde olunur. Seyreltik GDzeltinin entalpisi h F kgr.kal/ kgr olsun. Evaporatorii terk eden deri§ik ~ozeltinin debisi L kgr/saat; bile§imi, qoziinen maddenin ag1rhk fraksiyonu olarak, x L ve entalpisi h L kgr.kaljkgr.'d1r. Evaporasyon esnasmda te§ekkiil eden goziicii buharm debisi V kgr/saat; bu bu-
223
r
222 Radyasyonla JSJ kavbml ihmtH d k . . kullanacak olursak, .JSJ bihtnqosu:a e:i~ e§'i~lik,:u==~g~~daak"1.9JkladJglmJZ sembolleri ' gibi yaz1labilir.
~iiziinen
komponent agnhk fraksiyonu y ve .entalpisi H kgr.ka!jkgr.'dn. Evaporasyon operasyonlarmm ~ogunda ~;Oziicti buhan saf su buhandu; bu sebeple, y'nin degeri s1hrdu. Bn durumda kiitle dengesinin yai1lmas1 gok basittir.
harm
(5-3)
Buhar~.
Bu ~onunun endiistrideki uygulamasJ, en iyi bir §ekilde, a§agJdaki iirnek ile gOsterilebilir.
,...-..L--.
Besleme
Ornek 51 ,.,.. .. · . ~ · vozunen maddenin ag 1rhk yiizd · 0 , 1 kgrjsaat'Iik bir debi ile bir evaporatOrii beslem ~st .'o ola~ se~r~lt~ bir gOzelti, 10.000 derecedir. <;;Ozeltinin. ou 1 5 .. .. k ektedtr. Bu gozeltmm temperatlirii 37 goc .. .. , . gozuncn omponent iht' d' , .. tva e mceye kadar (gOziicii buhan bOlumundcki basmct 1 a.tm olan) b' . tr evaporatorde der'1 'kl . . . 1 1· 'I rasyonun meydana gelebil . . . .. .. ~ e~ tn mest tstemlmektedir. Evapo· mcst 1910 evaporatorun tsttma ·· basmca sahip su buhan gOnderilmektedir Te ekkiil d. yu:e~'~.e 0,35 kgrfcmz geyg (lOSoC) han sarfiyatmt (kgrjsaat) hesapla E. ~ e en gozucu buhanm ve liizumlu su buymtz. vaporatOrii t" kgr.kal/(m:2) (saat) (oC) olduguna gOr I" I n urn 151 transfer katsaytst U = 1220 e. uzum u lS!tma alam kag mi2 dir?
t
ak<:tm~t_U!h~,r:,:_:_:_j_-=5--'u'--b+uhan I~. "\!
(seyreltik .;:ozelti)
Yogunlasmts buhar
Derisik .;:ozelti
~.
f;Oziim. Problem c;:Oztimtinii basitle~tirmek i . .. Bunlardan birincisi d)zeltinin rok I 'k c;m ~u hususlan onceden kabul edelim: . . ' "' "" seyre t1 olmast sebeb' '1 k ts1 ve £lZh tSt olarak saf suya ait dej,J:erlerin k I t e ayn~ma temperatiirii, Ozgiil seyreltik ve hem de deri$ik rQzelt' . ) ullamlmastdtr. Bu durumda ~Ozeltinin (hem "" mm ve su · buhannm ter 1 .. ll'kl 1 · ) . . ta o ve di)'agramlardan almabilir rna oze • en, su buharma ait bl . · 15 -3 numarah C$tthge ye 1 t' 'I k d rast 1 e yaztlmt$tlr ve birim saatteki degerlerdir. r C$ tn ece egerler, a$agrda St1
Sekil 5- 21. Tek tesirli bir evaporatOrlin enerji dengesi.
(5-1) Tiim ktitle dengesi
(5-2)
F
Goziinen komponent dengesi
= I 0.000
X p=
Liizumlu 1s1y1 temin etmek igin lSltrna yiizeyine, entalpisi Hs kgr.ka!jkgr olan su buharmdan, saatte S kgr giinderilmekte ve bu yiizeyden entalpisi h, kgr: kal/saat olan kondensattan, saatte S kgr almmaktad1r. Konuyu igin, kondensatm. yogunla§ma temperatiiriiniin altma 'sogumasJ olaymm,' onemsenmeyecek kadar az oldugu kabul olunuyor. Bu sogumanm pratikteki degeri, hig bir zaman bir kag dereceyi geQmez. Aym zamanda, kondensatm yogunl~~ ma temperatiirii altma sogumas1 sebeb\ ile ele gegecek hissedilir 1smm degeti, su bul1armm Jsltma yiizeyine verdigi gizli Jsmm degeri yamnda, ihmiU edilebilecek kadar kiiGiik bir degerdir. Bu sebeplerden, kondensa.tm JSltma yiizeyini,
basitle§tir~ek
y()gunla§ma temperatiiriinde terk ettigi kabul olunur.
kgr
0,01
= (10.000) (0,01) = 100 kgr. kiitlesi = 10.000- 100 = 9.900 kgr.
Besleme aktmmda c;:Oztinen lnaddenin ttim ktitlesi Besleme aktmmda c;ozucunun .... ·· .. (suyun) ttim
hF= 37,8 kgr.kaljkgr. (Su buhan tablosundan) X[=O,Qi5
Deri$ik c;:Ozeltideki tiim c;:Oztinen kompoilent
= 100
· L = O,U15 100 = 6.666,66 Deri$ik c;:Ozeltinin k"ut Iesr:
=
kgr. 6.670
kgr.
iL= 100°C
Buna gore, 1s1 dengesi a§ag1daki §ekli ahr.
hL= 100 kgr.kaljkgr (Su buhan tablosundan)
Giren 1s1
•=
G1kan 1s1
COzlicii buhannm klitlesi.· V - 10 ·000 -
tv= veya daha aQJk bir §ekilde, (Seyreltik ~ozeltideki 1s1} + (Su buharmdaki lSl) (Goziicii buhanndaki lSI)
+
(Kondensattaki lSI)
= (Deri§ik gozeltideki JSl) +
(Radyasyonla 1s1 kayb1)
+
H
6·670 = 3.330 kgr.
I00°C
= 639
kgr.kaljkgr (Su buhan tablosundan)
Kullandan su b uh annm ktitlesi ,
=s
kgr
225 224 duk.9~ kiigiiktiir. Bu sebeple, evaporatorde kaynayan gozeltinin ortalama tempe, raturu, besleme ak1m1 temperatiiriinden iinemli derecede miiteessir olmaz. Deri§ik c;ozeltinin hacmi biiyiik olup, kuvvetli bir kan§tmlma tes(ri altmdad1r. Besleme akim1 giri§ kisnu d1§mda, herhangi bir iikme mevcut degildir ve sadece, deri§ik c;iizeltinin kaynama temperatiirii bilinmektedir.
t.= tosoc H, ·= 643 kgr.kal/kgr (Su buhan tablosundan) tc= 108°C
he= 108 kgr.kalfkgr (Su buhan tablosundan)
Yukandaki de8erleri (5-3) numarah e~itlikteki yerlerine koyahm. (10.000) (37,8) -1- (643) (S)
= (3.330) (639) -1- (6.670) (100) -1- (108) (S)
Yukandaki e~itlikten: S =' 4.517,5 kgrfsaat bulunur. Ist transfer yii,zeyi ile transfer olan
JStntn
tiim degeri:
4.517,5 (643 -108) = 2.416.800 kgr.kal Liizumlu tsttma ytizeyinin hesaplanmast i~in, bulunan de&erlerin e!Jitli8;e yerle!jtirilmesi gereklidir.
sadece (4-23) numarah
q =A Ut.t
2.416.800 =(A) (1220) (108 -100) A= 247,6 m•
Kondensatm, su buhannm yogunla~ma temperatiiri.ind_e tSttlctyt terk ettigi hususunun Onceden kabul edilmesi, hesaplamalann basitle!lmcsine sebep olur. Su buhanmn tiim tststm kullamp, bundan kondensatm bissedilir tstslm r;tkarmak yerine; evaporatOre giren 1st olarak, su buhannm gizli tstsmt kullanmak daha uygundur. Bu suretle, kondensatm hissedilir tsist e~itlikten ~tkanlmt~ olur. Bu durumda (5~3) numarah c~itlige daha evvel yerle$tirilmi~ olan de&erler, a~a8tda gOsterildi&i gibi biraz de&i~ir. (10.000) (37,8) -1- (535) (S) = (3.330) (639) -1- (6.670) (100) Bu suretle, problem bir hayti basitle$tirilmi~ olur. <;Ozeltilerin termal Ozelliklerinin saf su ile aym kabul edilmesi, biitiin bu de£;crlerin su buhan tablosundan altnmasmt miimkiin kddt. Hakikatte, buharla:r;;tmlan ~Ozeltilerin termal Ozellikleri, saf suyun termal Ozellikle~ rinden olduk9a farkhdtr. Bu husus, daha sonra ktstm 5~32'de incelenecektiL
Yukandaki problemde temperntiir fark1 (dii~ii~ii), su buhannm doygunluk temperatiirii ile buharla~tmlan 9ozeltinin kaynama temperatiirii arasmdaki fark olarak almmi§tir. Besleme ak1mmm temperattirii, su buhanmn a§ln Ismmi§ olmas1 ve kondensat1n yogunla§ma- temperatiiriiniin altma sogumas1 gibi hususlar ne olmu§tur? 5-25. Besleme ak1m1 temperatiiriiniin tesiri. ]sltiCI borulan uzun ve dii§ey evaporatorlerin d1§mda kalan biitiin cvaporatorlerde, e,·aporatiir giivdesi i~erisindeki ~iizelti hacm1 ~ok fazla olup, ~iizelti son konsantrasyonunda ve bu konsantrasyona ail kaynama temperatiiriinde bulunmaktad1r. Bu tip evaporatiirlere giren besleme ak1mmm kiitlesi, ister evaporatordeki kuynayan ~ozelti den daha siCak ister daha soguk olsun, kaynayan ~ozelti kiitlesine nisbetle ol-
Besleme akimmm birim kiitlesine dii§en buharla§ma az Ye evaporatiirden c;ekilen deri§ik c;iizeltinin miktan fazla oldugu zaman, besleme aklm1 temperatiirii hissedilir derecede, c;iizelti temperatiiriine tesir eder. Besleme aklm1 temperatiirii, <;iizelti kaynama lemperatiiriinden c;ok dii§iik oldugu takdirde, ISltma yiizeyinin baz1 klsnnlannda, deri§ik c;iizeltinin temperatiirii kaynama noktasmm altmda bulunacaktir. Bu klsma ait alamn biiyiikliigiinii ve c;iizeltinin ortalama temperatiiriinii derhal bulmak imkilns1zd1r. Bu sebeple, kolayhkla ol9ebilecegimiz temperatiir, deri§ik c;ozeltinin kaynama temperatiiriidiir. Gok soguk besleme ak1m1 kullamlmas1 halinde, bu ak1m1 kaynama temperatiirii yakmma kadar ISltmak ic;in, bir iin ISiliCI kullamlmas1 daha uygun olur. Yalmz, ISI.liCI borulan uzun ve dii§ey olan evaporatiirler, yukanda yapnu§ oldugumuz ac;1klama ve iin kabullerin olduk~a dl§mda kahrlar. Bu evaporatiirlerde sistem olduk~a kan§lktir ve bu konu, ISitiCI borulan uzun ve dii§ey evaporatiirlerde 1s1 transfer katsayiS> konusu incelenirken ele ahnacaktir. · 5-26. A~ JSmma ve kondensat temperatiiriiniin tesiri. Is1tma ortam1 oJa, rak kullamlan su buharmm, orta derecede a§m ISinilll§ olmas1 halinde, bu ISInm ortalama su buhan temperatiirii iizerindeki tesiri ihmal olunabilecek kadar azd1r. Eveporatiirlerin hirc;ogunda su buhurmm bulundugu klSlm, oldukc;a kuvvetli c;alkammlann (tiirbiilanslarm) yer ald1gi bir klSlmdir ve genellikle, k~r§l la§Ilan U§lrl ISlnm miktan ufak olup, h1zla daglllbr. Su buhanmn c;alkammlan (tiirbiililnslan) yeterli oldugu takdirde, ISitma yiizeyinin biitiinii yogunla§an su buhan (kondensat) tarafmdan 1slatibr ve az miktardaki a§m 1s1, bu kondensat ile dengeye ula§lr. Bundan ba§ka, a§m 1s1 olarak transfer olan ISlnm miktan, transfer olan Is1mn tiim miktan yamnda son derece azd1r ve bunun ihmal edilmesi, biiyiik bir yamlmaya sebep ohnaz. A§m Is1mn yiiksek oldugu 90k nadir hallerde, '1s1tma yiizeyinin biiyiik bir klsm1 kuru kahr ve farkh bir durumla kaqila§lhr. A§m lSinml§ su buhan ile metal yiizeyi arasmdaki 1s1 iletim debisinin degeri, devamh bir gaz ile bir metal yiizey arasmdaki kadarchr. Bunun degeri, son derece az olup, metal yiizey ile kondensat arasmdaki 1s1 transfer d,ebisinin 1/lOOO'i kadardtr. Biiyiik bir miktarda U§lrl lSI mevcut oJdugu takdirde, lSI transfer yiizeyinin onemli bir klsml kuru kahr ve kuru kalan bu yiizeyin biiyiikliigii hususunda yakla§Ik bir tahmin yap1l· mas1 gerekir. Bu i§, bir gaz ile metal bir yiizey arasmdaki 1s1 transfer katsaylSlm
t. Catal!rui - Kimya Miihendisligine Girij
F .15
226 kullanmak ve mevcut a~m lSl)'l transfer etmeye yetecek 1s1 transfer yiiz;>ym1 he•aplamak sureti ile yap1hr. Bu ~ekilde hesaplanan 1s1 transfer yiizeyi, gizli lSl}"l transfer ~tmeye yetecek 1s1 transfer yiizeyine eklenerek tum lSl transfer yiizeyi hesaplamr. Bu durumla <;ok ender hallerde kar~lla~ll1r. Yukanda a<;1klama ve <;iiziimiinii yapllg1m1z 5-1 numarah iirnekte kondensatm, su buhanmn temperatiiriinde sistemi terk ettigini kabul ettik. Endiistride, <;ogunlukla buna benzer durumlarla kar§lla§lhr ve kondensatm yogunla§ma temperatiiriiniin altma sogumas1 goriilse bile bu, bir ka~ dereceyi ge<;mez. Bu yolla transfer alan lSlmn miktan, gizli lSl halinde transfer olan lSlmn miktan yanmda o kadar azdu ki, tiim tJ.t hesaplamrken bu husus, goz iiniine bile ahnmaz. Yukar1dan beri yapml~ oldugumuz a<;lklamalan ~u §ekilde iizetlemek miimkiindiir: Besleme ak1m1mn ve kondensatln temr)eratiirleri ile, StJ buhar1mn a§Irl 1smm1~ olmas1 (endiist1ide kar§lla~lian durumlarm <;ogunda) gibi durumlar, biiyiik bir onem ta§lmaz; hakiki temperatiir farb (dii§ii§ii), kaynayan <;iizeltinin temperatiirii ile su buharmm doygunluk (yogunla§ma) temperatiirii arasmdaki farkd1r. 5-27. Su buhan basmcuuu se~ibnesi. A<;1klama ve <;oziimiinii yaphglmlz yukandaki ornekte, evaporatiirii besleyen su buhan basmcmm 0,35 kgrjcm 2 gey<; oldugu kabul olunmu§tur. Ni<;in daha yiiksek basm<;ta su buhan kullamlmaml§!lr? Basm<; yiiksek olursa, bunun hir sonucu olarak temperatiir farkl (dii§ii§ii) biiyiik ve evaporator hacmi (aym zamanda fiat1) kii<;iik olur. 30,6 kgr/cm• gey<; degerinde basmca sahip buhar iireten, bir buhar iireti~lsinin var oldugunu kabul edelim. Bu basm<;ta su buhannm temperatiirii 235,5°C derecedir. 6rnek 5-1'de ad1 ge<;en evaporatorde bu buhar kullamlacak olursa, temperatiir farkl (dii§ii§ii) tJ.t = 135,5°C derece olur. Bu basm<;ta su buhanmn kullamlmamasma sebep, bu buhann kuvvet olarak degerinin, .1s1 olarak degerinden rok iistiin olmasldlr. 30,6 kgr/cm• gey<; basmca sahip buhann tiim entalpisi 670 kgr.kaljkgr ve gizli lS!Sl 426,5 kgr.kaljkgr.'d1r. 0,35 kgrjcni' gey<; basmca sahip su buhannm tiim entalpisi 643 kgr.kaljkgr ve gizli lSlSl 533,7 kgr.kal/kgr'dlf. Bu degerlerden goriildiigii gibi, 0,35 kgr/cm0 gey<; basmca sahip su buhan gizli "' ~eklinde, yiiksek basmca sahip su buharmdan claim fazla lSl)'a sahiptir. Aynca 30,6 kgr/crri' geyG basmca mukavemet edebilecek bir evaporatoriin fiat1, 0,35 kgrjcm• geyc; basmca mukavemet edecek bir evaporatiiriin fiatmdan <;ok fazladlr. Bun" lardan daha onemlisi 30,6 kgr/cm• geyc; basmca sahip su buhan, kuvvet olarak <;ok daha k1ymetlidir. 100 kgr doymu§ buhar 30,6 kgr/cm~ geyc; basmc;tan 0,35 kgrjcm• gey<; basmca genle~ecek olursa, adyabatik genle~me i~inin degeri -126,8
227 kgr.kaljkgr ve 7c 80 rand1mana sahip bir tiirbinle elde d"l · 1 · k k ljk d - . e 1 llll§ o unan 1§ 101 4 gr. a ·gr egerme e~degerdir. 100 kgr doymu§ su buhan bir tiirbin . . . d, 30 6 kgrjcm• g . b . l<;ensm e ' . ey<; asmc;tan 0,35 kgrjcm' geyc; basmca genle§tirilecek I 11,8 hlovat-saat degerinde bir giic; elde olunur ve tiirbini terk eden do ursa 2 buhar, 30,6 kgrjcm geyc; basmc;taki orijinal buhardan daha yu""ksek · loymu§ . g1z 1 lSlya 5 al · 1·. ·' up n · ·'>§Ill 1smma meydana gelmeksizin 30 6 kgr/cm'' b b han elde etm k 0 1 1 k ·· .. ' gey<; asmc;ta su u. . e .. c u ·~a gw;tur. Aynca a~tn ISimn var olmast halinde, su bu1 I~rm;n bm~1 kutl~.'i. tarafmdan meydana getirilecek kuvvetin miktan artaca "h lQm, ouhar Jeneratorunden evaporatore gonderilen su buhar·1n ·1 f b~ ·""k b" k b a a1 masra m ulr lSmJ, u a§m lSlnmaya ail olur. Boyle bir durumda 0,35 kgr/cm" geyc; yu basmca _sahlp su buhanmn evaporasyonda kullamlmaSJ c;ok daha ucuz olacak 'e .buhai,. daha fazla faydalamlabilen 1s1 ihtiva edecektir. Bu basmc;tak· b h sakmcah yonu, sadece biiyiik bir temperatiir farkma (diio(iou":n ) b 1 I u ann sidtr. ".{ :.- e se ep o marnage-'e "I Su buharmm . b kullamlmadan once, bir tiirbin ieerisinde ' m §t·m·1·lp gen1€§m memes1 ve u genle§menin miktan, bu kitabm konusu d 1§mda kalmaktadlr. Bunun 1<;1~ olduk':a kan§lk ve uzun hesaplamalarm yap1lma 51 ; iiretilen giiciin para olarak kar§Ihg~ l~e, clhaz. ic;in liizumlu ilk yatmm masrafmdaki arllmm kar§lla§tmlmdsl gerekhd1r. Endustride, yiiksek basmc;taki buhan once kuvvet elde etmede kullanmak ve arllk buhan evaporatiire gondermek, dal~a c;ok uygulama alam bulan bu metoddur. Giinkii, bu suretle daha ucuz buhar kullamlrnl§ olur. Su buhan. basmcmm_han~l degere kadar dii§iiriilecegi bir problemdir ve bu h~~susun ayn ol:rak du~unulmesi gerekir. Fakat evapoyator!erin bir <;ogunda 0,35 !Ia 1,75 kgr/cm- geyc; arasmdaki basmc;lar, <;ok nadir hallerde ise 3 5 ve 4 5 kgrjcm' _geyc; degerinde basm.;lar kullamlmaktad1r. Bir fabrikam~ _{:~v~t dengesmm, Clhazlarm ilk yatmm masraflan dahil, biitiin masraflar goz iiniine ahnarak kurulmas1, <;ok kan§lk bir problemdir. t"
151
5-~8: 4;1iziicii buhan boliimiindeki basm~. 5-1 numarah iirneg· · d evaporatorun seperatiir biiliimiinde basmcm 1 atm oldug-u k b I I lffilZ e, b k b 1 ·· . a u o unmu§ ve Bu a u, <;ozelh kaynam~ te':'peratiiriinii 1oo•c derece olarak tesbit etmi§tir. u durumda, kaynayan c;ozelt1 ile yogunla§an su buhan temperatiirleri arasm" daki ~ark tJ.t = s•c_ derecedir. Genellikle, bu farkm biiyiik olmas1 arzulamr. · Gunku, bu farkm buyumesi lSltma yiizeyine ait alamn (ve aym zama d ·h · b I n a Cl az hat1 ) k ·· ""I . nm ·ucu mesme se ep o ur. Evaporatore bir yogunla§tmc1 (kondensiir) ve blf de ~a~um pompaSJ ilavesi ile, c;oziicii buhan boliimiindeki basm<; 1 atm'den daha k~<;uk b1r degere dii§iiriilebilir. Buhar boliimiindeki basmc; 660 mm'ye (barometnk basmcm 762 mm Hg oldugu bir yerde) diioiiriile k 1 ·· · · · d k' . ':J ce o ursa, evaporator I<;ensm e 1 <;
228 Evaporalorlerin ne sebeple vakum allmda ~ah~tmldiklan konusu yanh~ anla§Ilmakladir. Evaporatorlerin mutlak snrette vakum allmda <;ah§malan gerek- . mez; faltal, evaporalorlerin orta derecede basmca sahip su buhan ile ISililmalan en ekonomik yoldur. Biiyiik ve dolayiSI ile ekonomik bir t:.t degerinin elde olunmasi, vakum ile miimkiin olur. Baz1 hallerde vakum uygulanmasi, ba§ka maksatlarla (ornegin, <;iizeltinin yiiksek temperatiirde bozunan veya hal degi§tiren komponentler ihtiva etmesi gibi) yap1hr. Diger taraftan bir kiSlm evaporatorler, 17,5 kgr I em• gey<; basmca sahip su buhan ile beslenirler ve ~oziicii buhan 3,5 ila 5,5 kgr/cm• gey<; basm<;la bu evaporatorlerden ahmr, fakat bu hale endiistride pek fazla rastlanmaz. Bundan ba§ka, yiiksek basm<; altmda <;ah§an evaporatorler, dii§iik basm<; altmda <;ah§anlardan claim pahahd1r. Gene! ' bir kaide olarak evaporatiirler, biiyiik bir At degeri elde etmek maksad1 ile vakum altmda <;ah§lmhrlar.
5-29. Kaynruna noktasmm yiikselmesi. Ornek 5-l'de oldugu kadar seyreltik bir <;ozelti ile nadiren <;ah§Ihr. Bununla beraber, endiistride kar§Ila§Ilan <;iizeltilerin bir<;ogunda deri§ikle§tirilecek <;iizeltilerin terma1 ozellikleri, suyun termal ozelliklerine olduk<;a yakmd1r ve liizumlu degerler, ornek 5-l'de oldugu gibi,' su buharma ail tablolardan ahnabilir. Fakat <;ogu zaman, <;6zeltilerin deri§ik oJmaSI sebebi ile <;OzeJtiye ait ozgiiJ lSI, buharia§ma gizJi ISIS! ve kaynama temperatiirii gibi degerler, suya ail degerlerden olduk<;a farkhdu. Bunlann ve diger lermaJ ozellikJerin (kristallenme gizJi ISIS! gibi) goz online ahnmasi gerekJidir.
5-30. Diihring kaidesi. Deri§ik <;ozeltiler takdirinde kaynama noktas1 yiikseli§i, bilinen herhangi bir kanunla hesaplanamaz. Bununla beraber, Diihring kaidesi diye adlandmlan deneysel bir bagmh yard1ml ile, deri§ik <;ozeltilerde kaynama noktas1 yiikseli§ini hesaplamak miimkiindiir. Bu kaideye gore, ciizellinin kaynama te~peraliirii aym basm<;laki suyun kaynama temperatiiriine kar'§Il olacak §ekilde bir grafik ki\g1dma yerle§tirilecek olnrsa, <;ozeltinin her konsantrasyonu i<;in diiz bir dogru meydana gelir. Muhtelif konsanlrasyonlan gosteren dogrular, hassasiyet smulan ii;erisinde diiz bir dogru olmakla beraber, birbirlerine paralel degillerdir. Sekil 5-22'de sodyum hidroksid <;ozeltisi ve su i<;in <;izilmi§ bir Diihring diyagram1 goriilmektedir. Bu diyagramm kullamh§I, bir ornekle a<;Iklanabilir. Ag1rhk yiizdesi olarak %50 sodyum hidroksid ihtiva eden bir qiizeltinin sahip oldugu buhar basmc1 altmda su, 5l,8°C derecede kaynamakta ise, Once suyun kaynama temperatiiri.iniin yer ald1g1 eksen i.izerinde 51,8°C bulunur ve buradan o/o50 NaOH konsanlrasyonunu gosteren dogruya bir dik <;Ikihr. Sonra kesim noklasmdan ·' eksenine bir paralel <;izilerek 7o 50 NaOH ihtiva eden <;iizeltiniu kaynama lemperatiirii olarak 92,17°C bulunur. Buna gore, kaynama lemperatiirii yiikseli§i 92,17-51,8 = 40,37°C derecedir. Diihring
229 diyagrammm en faydah yoni.i, dogrularm diiz dogrular olmas! sebebi 'ile sadece Ih farkh basmqla 90zelli kaynama temperali.iriiniin bilinm,esine ih;. "OSte • yardiml ile, Diihtya<; ~. . rmes1·d·Jr. B~ I·k· ·1 far kl 1. b asmQtaki iki farkh temperatilr rmg dJ}agrami uzeru~de h1r dogru meydana getirmek ve boylece, ba§ka herhangt btr basm9taki GOzelh kaynama lemperatiiriinii okumak miimkiin olur. Ge-
175 n---r--,---,--,.--~160 H---1---1----1---l u 0
E 115ri----~---i~~~L,~~~~~~ ro c
>.
ro
~ 100ri----t1~~~74~~~~~~--~ c c
=: Q) N
'0
u.
:r: 0
ro z
25~~--~--~--~----~--_L___j 25 30 45 60 75 90 105 120 Suyun kaynama temperaturleri, oc Sekil 5 · 22. Sodyum hidroksid
~Ozeltilerine
ait Diihring dogrulan.
230 231
nel olarak deri:;ik ~ozeltilere ail dogrularm egimi, seyrellik ~ozelt~ler~. ail olanlardan daha fazlad1r. Bu sebeple, basmcm arlmas1 ile birlikle den:;1k QOZelhle_:~e kaynama noklas1 yiikseli§i, seyrellik Qozeltilere oranla daha _bzla olur. _?rnegm, lakdirinde ~ozelh ..uzenndeki basm~, yu kan d a at;;I kl anan o/co50 NaOH ~ozeltisi . ,. . . 93oC derecede kaynayan suyun bu)lar basmcma e§il ise, QOzeltmm kaynama lemperaliirii 136,7°C derece olarak bulunur. Bu durumda, kaynama noklasmm yiikseli:;i 43,7"C ve dii:;iik basmca nisbelle 3,33°C yiiksek bulunur. %20 NaOH ihliva eden bir Qozelti lakdirinde bu iki durum iQm bulunan kaynama noklasl yiikseli:;i 6,4°C ve 7,8°C derecedir. Basmcm arlmas1 il~ meydana gelen kaynama noklas1 yiikseli:;i sadece 7,8-6,4 = 1,40 C derecedu. 5-31. Temperatiir dii~ii§ii; iizet. K!Slm 5-25'den 5;29'a. k~d~r yap1lan aQiklamalan ozellemeye Qah:;ahm. Bu maksatla, :;ekil 5-23 i1g~z onune ~lahm. Bu oldukQa basille:;lirilmi:; bir diyagram olup, bu evaporalornn muhlelif noklalarmdaki lemperaliir bagmhlanm goslermekledir.
.._
c;Ozeltinin kaynama temperattirii, t2 ile gOsterilmi~tir. Az miktarda U§Iri 1smm1~ olan su buhannm temperaliirii. t4 ve bunun doymu:; buhar halindeki lemper~ tiirii ise is olsun. Kondensat, lSitma yiizeyini terk etmeden Once t 3 temperati.iriine kadar sogumu:; bulunsun. (4-23) numarah e§itlikte kullamlacak hakik1 temperatiir dii§ii:;ii, a§ag1da giisterildigi :;ekilde hesaplamr.
M = t,-t, Saf SIVI!ar, ~ok seyreltik gozeltiler ve cok biiyiik molekiil ag1rhgma sahip maddelerin ciizeltileri takdirinde, kaynama noktas1 yiikseli~i az oldugundan. ! = t, 2 almabilir. a, b ve c ile gosterilen ufak iicgenlerin tesirleri (:;ekil 5-23'te biiyiitiilerek gosterilmi§tir), hs1m 5-26'da ac1klanan sebeplerden dulay1 ihmal edilebilir. Evaporatoriin seperator boliimiindeki basmc, temperature nisbetle cok daha kolay ve hassas bir §ekilde olciilebilir. Su buharmm temperatiirii olarak daima doymu§ buharm temperatiirii ahndigl icin, su buhanmn basmcl okiiliir ve su buhanna ail tablodan, bu basmca tekabiil eden temperatiir t, okunur. Buna benzer §ekilde, o'nce goziicii buhan boliimiinde basmc olciiliir ve bu basmca tekabiil eden I, degeri su buhan tablosundan okunur; bu t, degerine bilinen kaynama temperatiirii yiikseli§i ilil.ve edilerek t2 hesaplamr.
:::J
1U ~ ~~~;------------------, t2 E- t1 !--------------------,,~ QJ
1-
1..-C
'G= I
lsttma yuzeyi boyunca uzakltk
-
Sekil 5 - 23. EvaporatOrde temperatiir
dti~ii~ii.
Besleme aklm1 evaporalore t F lemperatiiriinde girmi:; olsun ve evaporatO.. ·· ·· ii buhan bO!iimiindeki basmcla saf su, t 1 lemperaliiriinde kaynasm. run cozuc k 1 · ·· Bu aym z amanda, onemli miklarda kaynama noklasi yiikse mes1 .goslermeyen d • k ell.k 1 ~ozellilerin kaynama lemperaliiriidiir. Besleme a •mma a1l ogru, ey kl d • 'b' he I seyr sikli olarak goslerilmi:;lir. Daha evvel klSlm 5-25'de a91 an 1g1 g1 ..''.. s .~~e aklrnl iJe kaynayan QozeJlinin kan:;rnasl 0 kadar h1zhdu ki, evapo~alorun ~U§U~ lemperaliirdeki besleme aklrn1 ile lemasla bulunan ISilrna al~m, 1hrnill ~~Ilebi lecek kadar kiiciikliir. Onemli miklarda kaynama nok1as1 yukselmes1 gosleren
Endiistride kaqllai;Iian 90zeltilerin bir cogunda, kaynama noktasi yiikselmesi ya hi9 bilinmemekle veya yakla:;•k bir deger olarak bilinmektedir. Bundan dolayl ve basmc olciilmesinin kolay olmasJ sebebi ile, godinen temperatiir farki (dii:;ii~ii) a§ag1daki :;ekilde hesaplamr.
• Kaynama noktasmm yiikselmesi bilindigi lakdirde bunu yapmaya liizum yoktur, fakal gecmi§ senelerde evaporatilriin IS! transfer katsay1s1 hesaplamrken, en 90k bu metodu ba:;vurulmu:;lur'. Kimya literatiiriine gegmi:; alan bu konudaki bilgiler kullamhrken, lSI transfer katsay1lanmn ger9ek veya goriinen !J.t degerlerinden hangisi esas almarak hesaplandJgma gok dikkat etmelidir.
Kaynama noklasmdaki bu yiikselme, .Qogu zaman evaporatoriin gah§ma :;artlanm tayin eder. Ornegin, atmosfer basmc1 altmdaki %50'lik NaOH ciizeltisi yakla§Ik olarak 45°C derece civarmda bir kaynama noktas1 yiikseli:;i gosterir. Boyle bir 96zeltiyi 0,35 kgr/cm' geyQ basmca sahip su buhan ile kaynatmak imkansJZdlr. %20 NaOH giizeltisinin giistermi:; oldugu kaynama noktas1 yiikseli§i kiiciik oldugu Imide, yine de 0,35 kgr/cm' geyc'lik basmc evaporasyon igin uygun degildir. Aym §ekilde doymu§ sodyum kloriir Qozeltisi atmosfer ba-
232
233
smc1 aitmda yakla§Ik olarak 6,6°C derecelik bir kaynama noktas1 yiikseli§i gos" terir ve bu Qozelti bile atmosfer basmc1 altmda 0,35 kgrjcm2 geyG basmca sahip su buhan ile kaynatilamaz. Evaporatorlere vakum uygulanmasmm sebeplerinden b:ri de budur.
Entalpi-konsantrasyon diyagrammda iki komponentli sistem iGin vcrilen entalpilerin say1sal degerleri; bu iki komponent ic;in ser,ilen refcrans hale H\bidir. Bununla bcraber, iki duruma ait entalpiler farki, ser,ilen referans hale tilbi
5-32. Entalpi. konsantrasyon diyagramlan. Bir ~ozeltinin kaynama noktasmda meydana gelen yiikselme, bu Qozeltiye ait termodinamik karakteristiklerin (ozgiil 1s1 ve goziiciiniin buharia§ma gizli ISIS! gibi), suya ait olanlardan farkh oldugunu gosteren delillerden sadece biridir. Kaynama noktasmdaki yiikselme ne kadar biiyiik ohusa, gozeltiye ait termodinamik karakteristikler de o kadar, suya ait olanlardan farkh olur. Evaporati:irlere ait hesaplamalarda lSI dengesinin kurulabilmesi iQin, biitiin bu termodinamik karakteristiklerin bilinmesine ihtiyag vardu.
125 '-'
Bu hususta goz oniinde bulundurulmaSI gereken ve gi:izeltiye ait olan ba§ka ozellikler de vardu. Sodyum hidroksid az miktarda su iQerisinde ~oziilecek olursa (her ikisi de aym temperatiirde), onemli miktarda 1s1 a~1ga Qikar. Buna Qii" ziinme ISIS! ad1 verilir. At;Iga Qikan bu Isinm mik'tan, sodyum hidroksid veya diger herhangi bir madde iQin, QOzi.icii olarak kullamlan suyun miktanna tabidir. Aym §ekilde, deri§ik bir c;ozelti su ile seyreltilecek olnrsa, seyrelme ISISI ad1 verilen bir 1s1 ag1ga c;•kar. Sodynm hidroksid c;ozeltisi yiiksek konsantrasyondap dii§i.ik konsahtrasyona seyreltildigi zaman •s• ac;1ga c;1kmas1 sebebi ile, boyle bir QOzelti di.i§iik konsantrasyondan yiiksek konsantrasyona deri§ikle§tirildigi zaman, Qozeltiye d1§ardan 1s1 verilmesi gerekir. Biitiin bu faktorlerin bir araya gelmesi, karl§lk bir durumun ortaya ~·kmasma sebep olur. Bu durum, en iyi bir §ekilde entalpi,konsantrasyon diyagramlarmda giiz oniine almm•§hr. Entalpi-konsantrasyon diyagramlannm <;izim metodu, kitab1m1zm konusu ic;erisine girmemektedir 1. Fakat, boyle bir diyagramm c;izilebilmesi iQin, muhtelif konsantrasyon ve temperatiirlerde c;iizelti iizgiil lSlSmm, seyrelme lSlSlmn ve kaynama temperatiiriiniin bilinmesine ihtiyac; vard1r. <:;ok say•da bilgi toplama ve uzun bir c;ah§ma sonunda c;ozeltinin muhtelif temperatiir ve konsantrasyonlardaki, entalpi-konsantrasyon bagmt1s1m veren boyle bir diyagraml c;izmek miimkiin !>lur. Boyle bir diyagram §ekil 5-24'de giisterilmektedir. 0 1
Dodge, •Chemical
Engineering Thermodynamics,:.
McGraw-Hill Book Company
Inc., New York (1944) •
Bu diyagram H.R. Wilson ve W.L. Me Cabe'in Ind. Eng. Chem., 34 : 558-556 (1942) ,
de yaymlanan bir yaz1stnx esas alml!$tlr. Daha yliksek konsantrasyonlar iyin ilRve bilgiler
F.C. Standiford ve W.L. Badger'm Ind. Eng. Chern., 46: 2400-2403 (1954)'de yaymlanan yaWarmda bulunabilir.
s t:r)
"'
-"' .....
100
00 .._, .,_, '"'
"'
'-
E
f-
75
t:r)
:.::
·o..
50
~
cw"'
25 0
0 0,10' 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 Konsantrasyon: NaOH'tn agtrltk fraksiyonu
Sekil 5 ~ 24. Sodyum hidroksidin entalpi ~ konsantrasyon diyagram1. Referans hal: 0°C da s1V1 su ve 20oC da sonsuz seyreltilmi!$ NaOH ~Ozeltisi.
degildir. Komponentlerden bi!inin su almas1 halinde, referans olarak 0°C derecede Slvi su~'Ull ser,ilmesi uygun olur. Bn takdirde entalpi,konsantrasyon diyagraml ile birlikte, buhar tablosu (sn buhan) da kullamlabilir. Sodyum hidroksid r,iizeltileri ir,in birbirinden farkh referans hallerinin ser,ilmesi miimkiindiir. Bunlardan en uygun olan, §ekil 5·24'de knllamldlijl gibi, 20°C derecede sonsuz seyreltilmi§ r,iizeltinin seGilmesidir. Entalpi-konsantrasyon diyagramlarnun kullamh§I en iyi §ekilde U§ag•daki iirnekten anla§Ihr. Ornek 5-2. Ornek 5-l'dekine benzer bir evaporatOr, o/o 20 sodyum hidroksid ihtiva eden ve 37,8°C derecede bulunan bir sodyum hidroksit s:Ozeltisi ile beslenmekt~dir. Besleme ak1mmm ·debisi 10.000 kgr/saat'dir. BU. ~Ozelti % 50 sodyum hidrokSit ihtiva edecek $Ckilde evaporasyona t&bi tutulmakta<,hr. EvaporatOre gOnderilen su buhan doymu'$ olup 0,35
234
235
kgr /cm1J. gey9 basmca sahiptir. Barometrik basmcm 762 mm Hg oldugu bu yerde, evaporatOriln seperat6r bBliimiinde 660 mm Hg degerinde vakum vardtr., <:Ozticti buhan tarafmdan ta~man 9Bzelti, ihmlll edilebilecek kadar azdtr. Kondensat, su buhanmn yogunla~ma temperatiiriinde ISittctyt terk etmekte olup, radyasyonla tst kaybt, ihm5.l edilebilecek kadar azdtr. Buna gOre su buhan sarfiyah ne kadardtr'! TUm tst transher katsayist 1950 kgr. kal/(saat)(m12)(°C) olduSuna gOre, tst transfer alamnm yiizeyi ne kadardtr? EvaporatOre, l6°C derecede sogutma suyu kullanan ve ztt aktmla 9ah~an, barometrik (temas tipi) bir kondens6r ba£:lanmt~hr. KondensOrii terkeden suyun temperatiirii 49 °C derece olduguna gOre, ka9 kilogram so&utma suyuna ihtiya9 vardu? (_;Oziim.
basm9 altmda (mutlak) kaynayan c;Ozelti ile dengede bulundugu ve bu sebeple, aym basmc;taki suyla dengede bulunan buhara nisbetlc. 3$Irt tsmdt8:t hususu hattrda tutulmahdt.r. A~tn tsmmt$ su buharmm Ozgi.il ISISI bu $artlar altmda 0,46 olarak ahnabilir. H = 620,5 kgr.kalfkgr.
Bu de8;eri (5-3) numarall e::;itlikteki yerine koyahm.
Xp= 0,20
tr= 37,8°C
X£=
= 638
v =3000 Kgr
t
tv =92 ·c
110.000) (31,4) + (S) (648 -109) = (6.000)(638) + (4.000) (123,4j
Verilen degerler (!}ekil. 5-21'deki sembolleri ile birlikte) a$a8;tdadtr. F= 10.000 kgr.
+ 0,46 (92,0- 52.0)
S
0,50
= 7.446
q
numarall
w.v t =49 t h=49 Kgr kaVf
t
= UA At
(7.446) (648 -109)= (1.950) (A)(109,0- 92,0)
H,= 648 kgr.kalfkgr.
A = 121 m2
h,= 109 kgr.kalfkgr.
I
kgrfsaat
l.sl iletim yilzeyi. Bu, (4-23) e:::itlik kullamlarak hesaplanabilir.
Su buhan tablosundan ahnan de8;erler:
Hv=638 Kgr kaL/Kgr
$ekil 5-25. KondensOr ve enerji dengesi.
~evresinde
ktitle
KondensOr. KondensOr !;evresindeki entalpi dengesine ait de£:erler, $Ckil 5-25'den ah nabilir.
102 mm Hg (mutlak) basm9ta suyun kaynama temperatiirii = 52°C ve 52°C'da buhanmn entalpisi 620,5 kgr.kal/kgr.
=
Deri::;ik
~Ozeltinin
doymu~
su
VH.+ Whw=(W+ VJh (6.000) (638)
kaynama temp. = 92,0°C (:::ekil 5·22'den)
'
w
Kiltle dengesi. (5-2) numarah ba8:mtJdan faydalamlarak katt sodyum hidroksidin ve deri.$ik ~Ozeltinin kiitleleri hesaplantr.
+ (0,0) (V)
L = 4.000 kgr.
Entalpi dengesi. Bunun
i~in a~a8;tdaki
FhF
6.000 kgr.
ba8;mtidan faydalamhr.
+ S(H,- h,) = VH + LhL
= (6.000 + W) (49)
16,0°C derecede bulunan 1 m' suyun k" ·ut 1es1· 1.00 0 k·gr. rna suyu sarfiyatt,
hL = 123,4 kgr.kal/kgr. (iekil 5-24'den)
v=
(16.0)
W = 107.273 kgrfsaat
hp= 31,4 kgr.kal/kgr. (>ekil 5-24'den)
(10.000) (0,20) = (0,50) (L)
-f, (W)
(5-3)
COzeltiyi terk eden 90ziicli buharmm entalpisini (H) hesaplarken, bu buhann 102 mm
107.273 kgr/saat ( 1.000 kg,(m3j (60 dakika/saat)
oldur~una
gOre. dakikada sogut-
1,79 m'/dakika
5-33. Entalpi • konsantrasyon diyagramstz hesaplamalar. Pek az maddeye ait entalpi-konsantrasyon diyagrammm mevcut olmas1 sebebi_ ile, pratikte kar~tht~J!an problemlerin qogunda, yakla~1k metodlann kullamlma mecburiYeti vard1r. Bunlardan ilki, sulu bir ~iizeltiden suyun buharla~ma gizli 15151 ol;rak 5~fsuyun denge temperatiiriindeki degeri yerine, Giizeltinin kaynama temperaturn kullamlarak buharla~ma gizli 1s1smm 511 buhan tablo5undan ahnmas1chr. Ikinci5i, konu alan Qiizeltiye ait iizgiil 1s1mn bilinmesi halinde, bu ozgiil 15111111 hem besleme ak1m1 ve hem de deri~ik Qiizeltinin entalpileri he5aplamrken kullamlma51d1r. DGiincii5ii i5e, 5eyrelme 151s1mn Qok ufak bir deger olma51 5ebebi ile ihm&l edilmesidir. Bu iiQ yakla,tll'ma, birGok hallerde gerGege yakm 5onnGlann ahnmasma ve 1st transfer katsaydarmm Onceden tahmin edilebilmelerine imk3.n verir.
237 236
5-34. Isdletim katsaydanna tesir eden laktorler•. (4-23) numarah bagmhy1 gQz.. Online aldiglmiz takdirde transfer olan. Istmn tiim miktanmn, tertlperatiir dii§ii§iinde ve ISI transfer katsay1smda meydana gelen degi§melere tilbi oldugu gi:iriiliir. Bunlardan ilki; daha i:ineeki klS!mlarda aGiklanmi§tir. Tiim ISI transfer katsa)'Isma tesir eden fakti:irleri iki gruba aynmak miimkiindiir. Bunlardan bir"incisi vogunla:jan buharm JSI ,transfer katsay1sma tesir eden; ikincisi ise, kaynayan <;Ozeltinin ISI transfer katsay1sma tesir eden faktOrlerdir. 5-35. Bubar filmine ait lSI transfer katsay1s1. Su buhan tarafmdart meydana getirilen film tabakasmm ISI transfer katsavlSlna tesir eden faktorler sirasJ ile temperatiir dii§ii§ii, su bubarmm yogu~la§ma temperattirti ve k;sim -t-23'te aQiklandigi gibi, bubar iGerisinde mevcut yogunla§mayan gazlann miktandir. Biitiin bunlar, evaporatorler iQin de dogrudur. Temperatlir dii§ii§ii ve su buharmm yogm:la§ma temperattirii; evaporatoriin yapih§ma tabi olmay1p, Gah§ma §artlanna tabidir. Bununla beraber, yogunla§mayan gazlann uzakla§tmlmasJ, dogrudan dogruya evaporatoriin yapih§Ina tabidir. 1ster merkezl ini§ bornlu iste:r sepet tipi olsun, lSttJCI borulan dii~ey evaporatOrlerde su buharmm takip ettigi yo! belirsiz, su bubannm luZI oldukGa az ve yogunla§mayan gazlarm herbangi bir noktadaki aynlmasi iyi degildir. Merkezl ini§ borusunun su buban boliimiine birkaG ·termomelre yer]e§tirilecek olm·sa, temperattirlerin b1zla degi§tigi ve bn degi§menin birkaq dcrece kadar oldugu goriiliir. Buna sebep, lSI• tiel i~erisinde meydana gelen girdap ve Gapraz akimlann, yogunla§mayan gazlar tarafl'ndan meydana getirilen birikmeleri zaman zaman dagilmasidir. · Isit
zelti dola§Imi, tabil konveksiyon tarafmdan meydana getirilir <;:ozelti abm lnZI ba§hca ISI transfer yiizeyinin §ekline, biiytikliigtine ve ·SIVI biiliimlerine nisbetle ~ag1hmma t~b~dir. Bu durum kar§Ismda, kaynayan gozeltinin. dola§Im §eklini onceden kesmhkle tahmin etJuek miimktin degildir. Kaynayan gozeltinin dola. §Im §ekli, §U faktorlere til.bidir; birim zamanda 1s1 transfer yiizeyini yalayarak ge9en Qozeltinin viskozitesi, yogunlugu ve transfer alan ISlnm miktan. Son faktor, habbecik te§ekkiil hazm1 ve dola}'1si ile kaynamamn §iddetini tayin eder. Bu f~torl~rin tesirlerjni birbirlerinden ayirmak miimktin degildir ve bu sebep1~, ~oyle ~If. durum iQ~n. kantitatif bir kfinun meydana getirilemez. Isthu,a yiizeymm tem1zhk derecesmm, ISI transfer katsaYJSI iizerindeki tesiri insam §3§Irtacak de:_ecededir '. IsiliCI borulan yatay bir evaporatorde dam1t1k s\1 kayna\Ilarak tum lSI transfer katsaYJSI hesaplanmi§tlr. Belirli bir kaynama noktas1 ve !!.t = 11;1°C derece i9in, yeni ve temiz bir gelik borunun' IS! transfer katsay!Sl 2.196, yeni babr boruniin 4.880, muhtelif metodlarla temizlenmi§ ve parlatilmi§ babr ~ruia:m ise 6.380 ila 15.360 kgr.ka]j(saat)(m")(°C) olarak bulunmu§tur. Son degerlen meydana getiren sebepler, 90k az bilinmektedir ve bu degerlerin elde olunu§undan bir kag gtin sonra yapi!an olgmeler buhann kontroliine imkan vermemektedir. Gelik borular takdirinde ele gegen dti§tik degeriil, demir tizerinde le§ekkiil edebilen fakat balar iizerinde mevcut olmayan, dti§tik lSI iletkenligine sahip kall bir film tabak1smm (oksid ·veya kabuk) varhgmdan ileri geldigi dti§tiniilebilir. Bu husus, bu gtin iGin tam olarak aydmlattlmi§ degildir. Par· laulmt§ bakir borularda ele geGen yiiksek degerin de, film tabakasinm uzakla§tmlmi§ olmasmdan m1, yoksa ytizeyde buhar habbeciklerinin te§ekktiliine sebep alan mikroskopik Qiziklerin (parlatma maddesi tarafmdan meydana getirilen) varhgmdan mi ileri geldigi kesinlikle bilinmemektedir •. Bugtin igin ytizey durumun, ISI transfer katsaYJSl iizerindeki tesiri ile ilgili bilgilerimiz, olduk9a azdtr. Endtistride rastlanan cihazlarm temizlik dereces~ pek nadir hallerde kaynayan gozeltiye ait lSI transfer katsay1smda onemli yiikselmelere sebep olur. Evaporator govdesiuin yapih§I, SlVl film tabakasma ait lSI transfer katsayiS!na iinemli derecede tesir eder. Ornegin, Ist!ICJ borulan yatay evaporator" Jerde gozelti do]U§Imt boru yuvalarmm bir ucunda a§agi dogru, diger ucunda ise yukar1 dogrudur. Bu tip evaporatorlerde ISI transfer ytizeyinin diizenlenmesi, §iddetli bir dola§Im meydana getirmek igin yeterli degildir. Bu §artlar altmda stVI film tabakasma ail transfer katsaYJSI olduk~a dti§tiktiir. Aym §artlar altmda gah§an ISitict borulari yatay bir evaporator, tSltlCI boruian dii§ey bir evapo· ratorden daha dii§iik tiim 1s1 transfer katsa}'1sl verir. IsttiCI boruian dii§ey standard bir evaporatorde, te§ekkiil eden buhar habbeciklerinden ileri gelen §iddetli 1 Pridgeon and Badger, lnd .Eng. Chem., 16: 474: (1924). • Corty and FO!lll~ cHeat Tmnsfer Symposium•, preprint no. I, Amerlan Institute of Chemial Euginoern (1953).
1
239
238 bir dola~1m vard1r. Merkez veya c;evrede bulunan biiyiik ini~ borulan, c;iizelti dola~tmmm tamamlanmasmi temin eder. Bundan dolayt, JsJtiCI borulan dti;;ey evapora!Orlerde c;ozelti dola~1m1 yatay olanlara nisbetle oldukc;a fazlad1r. S1v1 film tabakasma ail 1s1 tr;nsfer katsayisJ, zorlanm1 0 clola~Im tipi evaporatiirlerdc tabii dola!)lm tipi cvaporutorlere nisbetle c;ok claha yiiksektir. Bu, zorlanmi!) dola§tm kul1amlmasmm temel s~bebidir. IsitiCI borulan di.i§er ve uzun evaporatorlcr, anlaoihnasJ <;ck dalm giic; bir konn olup, ileride etrafhca ac;lklanacaktJr. 5-37. Tiim !SI transfer katsaydan. lSI lransferi problemleri en iyi bir ~e kilde tiim direnci, kaynayan c;ozelti direnci, yogunla~an bnhar direnci ve bunlar arasmdaki metalin direnci olmak iizere iiG k1sma aytrmak ve bunlara tekabtil eden lSI transfer katsayllanm goz oniine almak sureti ile c;oziimlenebilir. Muhtclif sebeplerden dolay1 bu, boyle yapllamamaktad1r. Sebeplerden birincisi, Nusselt C!)itliginde (4-36) ve (4-37), yogunla!)an su buhan ic;erisindeki yogunla!)mayan gaz ve buharlarm tesirinin gOz Online almmamt;; olmasidir 1• ikincisi, )/Ogunla;;an su buharma ait 1st transfer katsay1st bir r;ok evaporatOrde kaynayan c;ozeltiye ait 1s1 transfer katsay1sma nisbetle o kadar yiiksektir ki; tiim lSI transfer katsayisi, hemen hemen kaynayan c;Ozeltinin lSI t·ransfer katsaytsma e§ittir. D ~iinctisti, ti<; dirence ait ISl transfer katsaytlarmm hesapla~1masi ic;in gayct kompleks .ve pahah laboratuar cihazlarma ihtiya<; duyulmasldJr Diirdiinciisii, . pratikte kar~J]a§!lan ~artlar altmda tiim 1s1 transfer katsay1s1mn tesbit edilebiJ, mesi ic;in bu §artlarm, miimkiin olabilen c;abnklukla teminidir. Evaporator ya. p1smdaki fiziksel ayrmt!lann tesirleri hususnn"daki bilgilerimiz, oldnk<;a azd1r. 13ugiin dabi, endiistriyel evaporatiirlerden kopya edilmi~ cihazlar yard1m1 ile bulunan tiim lSI transfer katsayllan, en [aydah olanlard1r. Problemin son clerece kompleks olmas1 \"e <;ok az say1cla deneye dayanan bilgiler bulunmasi sebebi ile, birkac; ozel hal d1omda, kaynayan c;iizeltilete ait ISI transfer katsayilarmm Onceden tahmin edilmesi, mi.imktin clegildir. Sekil .5-26, temperatiir dii§ii!)ii ,.e c;iizelti kaynama noktasmm, 1s1 tr-ansfer katsay1s1 iizerindeki tesirlerini giistermektedir 2 • Bu egriler, ~ekil 5-6'da gosterilen ISJticl borulan dii§ey evaporator yard1m1 ile eldc ohmmu§tur. Evaporator 760 mm c;apta olup; 1Sl!ICI, c;ap1 50 mm ve uzunlugu 1200 mm olan 24 borudan meydana gelmi§tir, kullamlan S!Vl sudur. Temperatiir dii§ii§iindeki artma ile birlikte 1s1 transfer katsay!Sl da artmaktad1r. Buna sebep, temperatiir dii~ii!)ii arttigi zaman daha fazla tstmn transfer olmas1 ve kaynamanm daha ~iddetlen mesidir. EveparotOrde temperattir dli~ti~iiniin arbnlmasi, e\'aporatOr kapasitcsini yiikseltir. Buna sebep, sadece (4-23) numarah e!)itlikte yer alan :lt teriminin artndmast olmay1p, aynt zamanda kaynama temperattiri.iniin yiikselmesi sonucu <;Ozelti viskozitesinin azalmastdn·. 1
.z
Meisenberg, Boarts and Badger, Trans. Am. Jnst. Chem. Engrs_., 31: 622 638 (1935) . Badger and Shepard, Trans. Am. lnst. Chem. Engrs., 13 (1): 101-137 (1920).
Sekil 5-26'da giiriilen egriler, su ve suya yakrn ozellikte ~iizelti ihtiva eden evaporatiirlerin (herhangi bir kaynama temperatiirii ve temperatur dii§ii§ii i~in) ISI transfer katsayi!armm hesaplanmasmda kullamlabilirler. Bu egriler yard1m1 ile degerli sonu~lara varmak miimkiinse de, ba§ka tip evaporatiirler ve iizellik" Jeri baklmmdan sudan cok farkh <;ozelti\er icin kullamlmazlar.
10 20 30 Temperati.ir di.i:;i.i?i.i ·c $ekil 5 - 26, Isthct borulan uzuil bir evaporatOrde !;Ozelti kaynama temperatiirii, temperatiir dii$U~ii ve tst transfer katsaytst arasmdak.i ba~mhlar. ·
Ornegin, bu egriler §u ~ekildeki bir soruya. cevap -verebilirler: Nicin evaporatorler, kuvvet santrallerinde oldugu gibi yiiksek vakum degil de, 660 ila 711 mm Hg degerinde vakum kullamrlar? Bunun cevab1 ~udur: 12,7 mm Hg (mut· lak) degerindeki bir vakum bile temini miimkiin temperatiir dii§ii§iinde biiyiik bir artmaya sebep olmaktad1r. Sekil 5-26'dan giiriilebilecegi gibi, vakumun da· ha fazla mtmlmasi (kaynama noktasmm dii~iiriilmesi) halinde belirli bir Ll.t degeri icin, 1s1 transfer katsayiSI siir'atle dii§mektedir. Buna d"- sebep, ciizelti viskozitesinin artmasidir. Hakikatte vakumu bir noktaya kadar artlrmak miimkiindiir. 0 noktada _<1fnin artmas1, lSI transferinin dii§rnesi iJe kar§lianabiJecek olandan daha fazlad1r ve bu sebeple, evaporator kapasitesi azahr. Bununla beraber bu husus, cozeltinin temperatiir-viskozite egrisine ve <;iizeltinin kaynama noktast yiikselmesine tabidir. tnuJSfer katsayilim; hidrostatik yiikiin tesiri. Evaporator i~erisinde ~iizelti oldukca fazla bir derinlige sahipse, ciizelti iizerindeki basmca tekabiil eden kaynama noktasi, sadece yiizey tabakasmm kaynama noktasiChr. ~ozelti yiizeyinden X m derinlikte bulunan bir ~iizelti kiitlesi iizerinde, hem cozelti iizerindeki basmc ve hem de X m yiiksekligindeki cozeltinin yapmi§ oldugu hidrostatik basmc vard1r. Bu sebeple, bu noktadaki kaynama temperatiirii 5·38.
Tiim
JSI
240
241
dizevdekiuden viiksektir. Endi.istride kaq~tht§tignmz bi.r cvapm'atOri.in tiim c,.·O-
~elti~ine ait orlalama kaynama noktas1, evaporatOrlin seperatOr bOliimiindeki basmca tcbbiil eilenden daha yiiksektir. Kaynama noktasindaki bu artma, tempC'rati..~r di.i~i.i§ii tarafmdan ka~·§Ilamr n~ dolaytst ile evaporatOr k,apasitesinde azaln1<.1yn !'cbcp olur. Kanuuna noktasmdaki bu artl§m evaporatOr kapa~it'esi iize-r.indeki tesirnu
lamlarak hesaplanmi~tlr. Bu hesaplama metodunun kullamlmasmdan dolay1 hakiki ortalama temperattir dti§ti~tindeki azalma, ttim ISI transfer katsaylSlnda kolayhkla gortilebilen bir azalmaya sebep olur. Bu iki faktorti birbirinden ayirmak veya bunlardan birinin digerine gore ne kadar daha fazla etkili oldugunu soylemek imk&nSizdrr.
kantilatif olurak hcsaplamak miimktin degildir: lsitiCI borulan dti~ey standard
-3000 L..
bir evaporaWrii gOz Online alalun. (:Ozelti IS!ltc~ borularmdan fi§lord1g1 zaman,
,,,pernti:ir boliimiindeki basmQ da, buhar fazi ile dengeyc g~lir ~e tekabiil eden · ti:-mprratilre eri§ir. Cihaz i<;erisindeki tabii dola§Bn bu c;ozeltlyi, llll§ ~orusu , olu 1!e, 1stttc 1 borularmm dip k1smma ta§tr. C,~Ozelti JSllici borulanmn dtp kts-. ;nma girdigi anda. bu ,kisimdaki basmea tekabiil eden tomperattirde degil, bu· har bsnnndaki basmeu tekabiil eden temperatiirdedir. Bu sebeple, kaynama nokt,rsmm altmdadn·. Bu Qiizelti rsrllcr borulun it;erisinde yiikselirken hem rsrmr Ye hem de iizerindeki basm<; azahr. Borular it;erisinde bir noktada t;iizelti kamaman ba§lar ye bu noktadan born ueuna kadar basm<; yava~· yava~ azahr ve. niha,·~t buhar bi:iltimtindeki basmca ula§n·. Bu esnada t;iizelti born ueundan seperUt6r bOii.imiine h§ktnr ye tCmperatiirii, scperatOr bOliimiind~ki basmca tekabiil edeu tcmperattir degerine dii§er. Bu dola§Imm muhtehf noktalannda temperatiirii tayin etmek veya hcsaplamak miimkiin olmadrg1 i<;in, hidrostatik Ylik tesirinin say 1sal biiyiikltigii t
Gii~elti seviyesinin artma;~ ile evaporator kapasitesinde meydana gel~n dti~" me, iki fakti:irden ileri gelmektedir. Bunlardan birincisi, Giizelti sev1yesmm (derinliginin) ytiksek olmaSI sebebi ile <;iizelti dola§llll lnzmm azalmaSidu. Bu, kaynavan Giizeltiye ait SIVI film tabakaSI lSI transfer katsaylSimn azalmaSI demekt~r. ikincis ise, GOzelti seviyesinin (derinliginin) artmasr ile birlikte lndrostat1k yuk tesirini~ artmasi w bunun da, hakikl · temperattir dti§ti§tinti azaltlllasrdrr. ~e kil .5-27'dt>ki cgri tarafmdan gosterilcn ,,;, transfer degeri, seperator ?ol~mun deki basmca tekabtil eden temperattirde buhar faz1 ile dengeye en§ml§ cozeltrnin temperali.irti ile, e§anjordeki su buharmm temperattirti arasmdaki fark kult 1
Foust, TrailS. Am. Jnst. Chem. Engr~ .• 35: 45 ~ 72 (1939)'e bak1mz. Badger and Shepard, Trans. Am. Inst. Chem .Engrs., 13 (1): 139-149 (1920)
~2500
r
1'\. ]'....
Dl i;j2000 ..::.::
...,E 1500 A! 1000 !!!
500
.....
~ 1---..
""" ~
.
E
j.2
3
6
9
12 15 18 21 24 27
Esanji:ir borulart ic;:erisinde ci:izelti yuksekligi, m Sekil 5-27. lsttlci borulim dii~ey bir evaporatOrde, ~Ozelti seviyesi ile arasmdaki bagmtt.
tSI
transfer katsayiSl
5-39. Zorlanm~ doi~IDl tipi eaporatiirlerde JSI transfer katsayiian. Seidl 5-S'de gosterilen tipte, zorlanm1~ dola~•m kullanan evaporatorler tizerinde pek <;ok ara~tlrma yapilmi~tlr. Bu tip evaporatiirlerin 151 transfer· katsayrlan igin, mtihendislik cah~malarmm kabul ettigi kesinlik smnlan iQinde, bir on tahmin yapmak mtimktindtir. Tek ISitlei borulu bir deney evaporatortintin 1SIIle1 borusu ytizeyine termoelementler yerle~tirilerek, kaynayan giizeltiye ve yogunla~an su buharma ait IS! transfer katsay1lan birbirlerinden aynlabilir. Isrtiei borusu merkezinde bu termoelementleri a~ag• yukar1 gezdirerek, gozelti temperattirtintin a~ag1dan yukanya kadar takip ettigi yo! tayin edilebilir. Buharla~tmlan SIVl dam1trk sudur. Sekil 5-28'de, iki farkh temperattir dti~ti~ti ve fark11 S!Vl ak1m hrzlan icin, siVIya ait temperattirler gosterilmektedir 1• Bu deneyde 3,65 m uzunlukta bir ISitiel borusu kullamlmi~\Ir. Bu sebeple, ~eklin sol tarafr borunun alt kiSmim ve sag tarah da borunun tist klSmmr gostermektedir. Btiytik ve kti<;tik temperattir dti~ti~lerine ait egrilerin her ikisi de (bu egriler aym zamanda ~e kil 5-28'de gosterilmeyen ara degerdeki temperattir dti~ti~lerini de kapsar) 1,5 m/saniye degerinden ufak h1zlar i<;in horunun iQerisinde bir noktada SIVImn 1
Boarts, Badger and Meiscnberg, Ind. Eng. Chem., 29:912-918 (1937).
1. Catalta, -
Kimya Miihendisli8ine
Giri~
F .16
243
242 ,maksimum temperatfue eri§tigini gostermektedir. <;:ozelti boru ucundan h§hrdtg,. anda temperatiirii, buhar boliimiindeki basm~ta dengeye eri§mi§ fazl~nn te~ peratiiriine dii§er. 1,5 m/saniye degerinde ~ozelti aktm luzt kullamldtgt takdtr-
olmakstzm stvmm tsmdtgmt gosterir. Sekil 5-8'dekine benzer zorlanmt§ dola§tm tipi evaporatorlerde tst transfer yiizeyi iizerindeki statik yiikiin, 9iizeltiye tstttct borusu igerisinde kaynama imkilm vermeyecek degerde olmast sebebi ile, §ekil i'\-27'cleki 1,5, 3,0 ve 4,5 m/saniye htzlarma ail egriler, zorlanmt§ dola§tm tipi evaporatiirlerin gah§ma §artlanm gostermektedirler. Istttct borulan igerisinde kaynama meyclana gelmecligi takclirde, Dittus Boelter e§itligi (4-28), biitiin bu gibi durumlart kapsamma alabilir. Sabitlerin clegi§mesi hariQ, yaptlan cleneyler bunun dogrulugunu ortaya koymu§tur. Bu e§itligin zorlanmt§ clola§tm tipi bir evaporator i9iu tavsiye olunan §ekli a§agtdadtr.
hD k
E$anjor borularmm alt k1sm1ndan itibaren uzakl1k
100.-----,----,----,---.-----,----,---,----, 1
~
(Dup)·
CIJ. 00278 - - o,a ( - )"·' ' jJ. k
(5-4)
(5-4) numarah e§itlikte (0,0278)'den claha biiyiik sabitin yer almast, yiizey tabakasmcla ba§langt~ halincle bir kaynamanm meyclana gelmesi ve te§ekkiil eden buhar habbeciklerinin, akan stvt kiitlesi ic;erisincle yogunla§mast §eklinde ac;tklamr. Diger ara§tmctlar cla bunlara benzer sonuc;lar almJ§Iardtr 1 •
H1t, mjsaniye Ornek 5-3. Ornek 5-2'de adt ge~en evaporatOr, ~ekil 5-8'de gOsterilen tipte bir evaporatOr olsun. Isttict borulan nikelden olup dt~ ~aplart 22,2 mm et kahkhklan 1,65 mm, uzunluklan 3,65 m ve BWG numarast 16'dtr. COzelti, 3 m/saniyelik bir htzla borular i~eriM sinden gegecek ~ekilde pompalanmaktadtr. Ka<; adet boruya ihtiya<; vardtr ve pompa kapaM sitesi ne olmahdtr?
95
.c;Oziim.
93°C derecede bulunan ve % 50 NaOH ihtiva eden <;Ozeltiye ait bilgiler = = 0,76; k = 0,629 kgr.kal/(m)(hr)('C). olarak ahnabilir. Bu hususda kullantla(5-4) numarah e~itliktir.
~unlardtr: ozglil ·~Jrltk 1,475; jJ. 4,2 santipuaz; c Yo8unla~an su buha.rma ait tst transfer katsayiSI 4.390
bilecek
e~itlik
--= hD 00278 (D"'J"''(C~-')"·' --· k • 1-' . k lstttct borulannm et kahnhSt 1,65 mm (Tablo. 6) D
=
18,92 mm
= 0,0 1•892
m
!J. = 15,12 kgr/(m) (hr)
= 1.475 kgr/m' 11 = 10.800 mfhr
Esanjor borulartnln alt k1smmdan itibaren uzaklil< ~kil 5 _28. Zorlanmt$ dola:ttm tipi bir evaporatOriin tstbct borulan i~erisindeki temperatUr deli!imi.
de, ~ozeltinin boru ucundan h§larma ihtimali ~ok azdu. 1,5 m/saniye dege~~n den fazla htz!ar i~in ise, ft§ktrma hemen hemen hi~- yoktur. Stvt temperaturunde goriilen muntazam artma, IStbct borusunun biitiin uzunlugunca buharla§ma
p
Bu de8erleri (5-4) numaralt (0,0189)_(!>) 0,629 1
e~itlikteki
yerlerine koyahm.
= O0278 [~_.01_89) (10.8Q~)Q475)J0,8 [~O.]§l_i~13_l ]'·' '
15,12
0,629
Kreith and Summerfield, Trans. ASME, 71 : 805-815 (1949).
245 244 Atm
= (108,4.- 92,0)
1!1 = 8.132 kgr.kal/(hr) (rri') ( 0 C) TJim 1s1 transfer katsaytst (4M24) numaralr ~itlikten hesaplamr.
1
Jsmm metal boru i~erisinden ge~ece£;i uzunluk: ·1,65 mm = 0,00165 m; nikel iyin k'nm deM borulannm dt$ ($apt 22,2 :nm, i.y yap~ 18.'9. rom ve aritmetik ortalama yanyap'20,5 mm oldu&una gOre, bu de&erlen yukandaki e~atbkte yer-
geri 5o,6 kgr.kal/(m) (hr) (°C); 1stttct lerine koyaltm.
1 U=
1
8.132 +
.
l
U- O,OU01l3 -t- O,UOOU30
+
+ 0,000194
(
1 ) ( 0,0189) 4.390 0,0222
=2.882
Her bir boru tarafmdan transfer olan tstmn miktanm hesaplamak 1910, yogunla$an su, buhan ile kaynayan yOzelti arasmdaki temperatiir farkmm bilinmesine ihtiyay vardu, fakat $U anda 90zeltinin ytkt$ temperatiirii bilinroemektedir. <;6zeltinin IS.~tl~l bo~~~~-rt~l terk ede_r etmez, seperatOr bOliimiindeki basmca tekabiil eden denge temperaturune du~tu~u k~~ul ~~ lebilir. Ornek 5-2'de bunun 92,0°C derece oldugu bulunmu~tur. Bu temperatur, ~tozeltmt~ tsttict borularma giri~ temperatlirli olarak kabul olunabilir. Bu hususun dogrulugu, ~ektl 5-28'de gOsterildi&i gibi, bir deneysel 01~91e ile ispatlanmt~br. COzeltinin tsthct bo~lartm terk etti&i andaki temperatlirline tz diyecek olursak, tstttct borulannm alt ucundaki temperatiir farkt 108,4- tz ve list ucundaki lemperatiir farkt da 108,4- tz olur. Evaporas~on ~artlan, logaritmik ortalama temperatiir dii~ii~iinlin kullan~lmas.~m ~runlu ktl~akt~ xse, bl · ·· ··mu yakla~tk de&erler metodunun kullamlmast Ile mumkun olur. Antmettk orpro emm ~ozu ~ .. .. ·· k'' dii talama -temperatiir dii~ii~iiniin kullamlmast halinde, do&rudan do6 ruya ~ozum mum un r. Aritmetik, ortalama temperatlir dii~li$ii a~a&tdaki ~ekilde hesaplamr.
!J.t
=
(108,4- 92,0)
+ (108,4- t,)
2
62,2-0,5 t_ -
c;;ozeltinin tsttlct borulanna giri$ temperatiirii t1 ve Jsttlct borularmm her birinden saatte ge~en ~Ozelti kiitlesi W ise, ~a&tdaki ba8mtt, kurulabilir.
WC(t,-t 1) Bir
151
= UA
ttct borusunun i~ kesit alam 281,5 mm2
Atm
= 0,000281
m'2 ve her metresinin i~ ylizeyi
0,05944 ni' (fab1o. 6'dan) dir. Buna gore,
w = (0,000281 W
= 4.476
!JiZ) (3 mfsaniye) (1.000 kgrfm 3) (1,475) (3.600 saniye/saat)
kgrfsaat (her bir tsttlct borusu i~in)
Bu degeri ve di&erlerini yukandaki e~itlikte :yerlerine koyahm.
(4.476) (0,76) (lz- 92,0) = (2.882) (0,05944) (3,65) (62,2- 0,5 1,) tx= 94,7°C Bundan sOnra t::..tm besaplanabilir.
(108,4- 94,7\ = 15,05 oc
UA Aim= (2.882) (0,2169) (15,05) = 9.408 kgr.ka1/saat. (her bir 1S1hC1 borusu
i~in).
Logaritmik ortalama temperatiir dii!1ii~ii yerine, aritmetik' ortalama temperatiir dU$il$tiniin kullantlabilece~i hususundaki dii~ilnii$iimiiziin do&rulu&unu kontrol etmek iizere, ISthct borulannm giri} ve !rJkt~mdaki D.t de&erlerini oranlayahm. Bu de&erin 16/11,9 ~ 1,34 oldu~u gOriililr. KlSlm 4-6'd3. a~tklandt&t gibi, bu oran 1,5'dan az oldugu takdirde, aritmetik ortalamanm kullamlmasmdan do&abilecek hata % !'den azdtr. C, t.l. ve k gibi ~Ozelti Ozelliklerinin hi9 biri bu kesinlikte bilinmemektedir. COzeltinin ortalama temperatiirii 94,4°C derecedir, c;Ozelti Ozelliklerinin 93°C dereceye tekabi.il edenlerinin ahnmast biiyiik bir yanlt$h&a sebep olmaz. Ornek 5-2'de transfer olan tiim tst miktarmm,
( 0 U0165) ( 0,0189) 50,6 ' 0,0205
-
T
(7.446) (648 -109) = 4.013.394 kgr.ka1fsaat oldugu
bulunmu~tur.
Buna gOre, liizumlu tsthct borusunun saytst,
N= 4.013.394 = 426 9.408 Liizumlu pompamn kapasitesi,
(0,000281 m0) (3 m/saniye) (60 saniye/dakika) (426) = 2!,54 m 3fdakika
Yukandaki problemin Qiiziimiinde l!.tm, doymu~ buharm temperatiirii ile IS!tlCI iQerisindeki Qiizeltinin ortalama temperatiirii arasmdaki fark olarak hesaplanm•~tlr Hakiki 1s1 transfer katsaylSlmn degi~tirilmi~ Dittus - Boelter e~itligi ile hesaplanmas1 halinde, hesaplamalarm yapllabilmesi iQin en iyi yo] budur. Pratikte evaporatiirler kontrol edilirken, ISltlCI borulanm terk eden Qiizeltinin temperatiiriinii ol9mek her zaman kolay degildir. Buna kaq1hk 9iizeltinin seperatiir biiliimiindeki denge temperatiiriinii tayin etmek her zaman i9in miimkiindiir. Bu sebeple, endiistride zorlanm•~ dola~Im tipi evaporatorlerin 1s1 transfer katsayllari, doymu~ su buhanmn temperatiirii ile seperator boliimiindeki basmg altmda kaynayan 9iizeltinin ,temperatiirleri arasmdaki fark (doymu~ su buhaq ile ISlllct iQerisindeki Qiizeltinin ortalama temperatiirii arasmdaki fark degil) giiz oniine ahuarak hesaplanmi~tir. M degeri biiyiik ve 1SltiCl iQerisindeki temperatiir yiikseli~i az oldugu takdirde, temperatiir farkmm bu iki degerden hangisi olmasi gerektigi hususu biiyiik bir iinem ta§Imaz. Bununla beraber, endiistride elde olunan Ist transfer katsayllan, daima denemelerde bulunan !J.t degerleri ile birlikte kullamlmahdir. 5-40. lsiiiCI borulan uzun ve dii~ey evaporatOrlerde ISI transfer katsaydan. Isit1c1 borulan uzun ve dii~ey alan bir evaporatorde ISI transferi son derece kar1~1k bir olaydir, bu klSlmda konunun giigliiklerine deginilecektir. IsitiCI borularmm alt k1smmda kaynama olmadigi ve borularm belirli bir k1smmda kaynamanm ba§ladigJ dii§iiniilebilir. Bubar hacm1, Qozelti hacmmm
246
247
95
birkaQ kall oldugu igin, iki fazh (buhar - srvr) sistemin mevcut oldugu borularm list krsrmlarmda hrz son derece yiiksektir. Aynca siirtiinmeden meydana gelen basmQ dii§ii§ii de onemli bir degere sahiptir. Bunlara, ISiliCI borulanm terk eden buhann genle§mesinden ileri gelen genle§me kaybm1 da eklemek gerektir. Isrllci bo•ularmm all k1smmdan giren Qozelti §U tip basmQlarm tesiri altmdad1r: (a) Jsillcr borusunu dolduran Qozelti slitununun hidrostatik ylikii, (b) borulann kaynama meydana gelen k!Slmlarmda le§ekkiil eden slirtiinme ve (c) ISillCI borulanm terk amndaki \;Ilu§ kayb1. IsitiCI borularmm all krsmmda (kaynamamn meydana gelmedigi kis1mda) QOzelti alum lnz1 o kadar azd1r ki, siirtiinmeden ileri gelen basmQ dii§ii§ii, kolayhkla ihmal edilebilir. Cozelti ISI!ICI borusuna girdigi anda iizerindeki basmQ, kaynama meydana gelmeyecek kadar yiiksektir. Cozelti ISillci borusu · igerisinde ylikselirken ISimr, fakat iizerindeki basmQ azahr. Bir noktada artan temperatiir azalan basmCI kar§Ilar ve Qozelti kaynamaya ba§lar. Bu noktada Qozelti temperatiirii, seperator k1smmdaki basmca tekablil eden kaynama noktasmdan daha yiiksektir. Buradan itibaren borunun list ucuna kadar Qozelti temperatiirii, seperator bollimiindeki basmca tekabiil eden kaynama temperatiiriine eri§mek lizere (gozeltinin boru uQlarmdan fi§kirmasr sureti ile) dii§meye devam eder. Isr transfer katsay1sma tesir eden faktorleri ve evaporator Qah§masmi aulayabilmemiz iQin, gozelti temperatiiriiniin ISiliCI borulan boyunca takkip ettigi yolu bilmemiz gerektigi a§i· kardrr. Bu konuda pek az bilgi mevcuttur. Endlistride kullamlan evaporatorlerin ISillCI borulan ile e§deger borulara sahip bir deney evaporatorli kurup, bu evaporatoriin ISI!ICI borulan iizerine (iQ ve dr§ma) ve 90zelti iQerisine, hareket eden termoelementler yerle§tirecek olursak, yogunla§an su buhanna ve· kaynayan QOzeltiye ail lSI transfer katsayiian ayn ayn hesaplanabilir; ISI!ICI borularmm alt k1smmdan iist lusmma kadar temperatiir degi§imleri incelenebilir.
90
85 oU
....:::> iii .... 80 E ~
75 ./ 70
v
v
/
/
i
0
5 3 Esanjor borulannrn alt krsmrndan itibaren uzaklrk,m 1
6
2
Sekil 5 - 29 a. '.;Ozeltinin so~uk ve temperatiir dli$U$liniin az olmast halinde, tabii dola!;amla !t81Jlan, tsttiCI borulan uzun ve dii$ey bir evaporatOriin temperatiir-boru uzunlugu baAmtiSI.
100 95
Sekil 5-29a, bir s1mr halini gostermektedir. Evaporasyona tabi tutulan QOzelti soguk, QOzelti debisi oldukga yiiksek ve !J.t gok ufakt1r. Isitici borusunun biiylik bir kismr, Qozeltiyi kaynama temperatlirline kadar Isrtmak iQin kullamlmaktadrr. Sekilden kolayhkla goriilecegi iizere gozelti, rsrtici borularmm alt lusmmdan itibaren 5,8 m yiikseklikte maksimum temperature eri§mektedir. Bu noktada gozelti bir miktar a§m Ismmi§llr ve buhar bOllimline giri§te biraz fi§· kmr. Tahmin edilecegi gibi, ISI transferinin Begeri, bu §artlar altmda oldukga dii§iiktlir Sekil 5-29b, giizelti giri§ ve kaynama temperatiirleri aym, fakat biri az digeri gok temperatiir dli§li§li gosteren iki gah§maya aittir. Cozelti debisi, her iki hal igin de aymd1r. b halinde, ISillCI boru uzunlugunun ligte ikisi gozeltiyi kaynama temperatiiriine kadar Isitmak igin kullamlmaktadir. Cozelti bir miktar
v
Q)
Cl..
L
~
v
y
v~
b..l
C..
I
~
:::>
el "'Cl.. E
~
90
as ~ 80
v v
.L.. ~
v
1:--. ~
~--~·
0
0.6 1,2 1,8 2,4 3 3,6 42 4:0 S4 E;;anji:ir borularrnrn alt krsmrndan itibaren uzaklrk, m
6
Sekil 5-29 b. Tabii dola$Imla gah$an ISitlCt borulan uzun ve dii$CY bir evaporatOriin; (b) temperatiir dii~ii~ii az, (c) temperatiir dii~ii~ii ~ok o1masi ha1inde, temperatiir-boru uzunlu&u ba~mt!lan.
249
248 a§m 1Slnm1§tlr, 9iizeltinin kaynamaya ba§lad1g1 noktadan boru ucuna kadar olan klSlmda hem dalta fazla 1s1 transfer olur ve hem de Qiizelti ft§ktrmast-meydana gelir; c halinde, temperatiir dii§ii§iiniin biiyiik olmas1 dt§mda, §artlar aymdtr. Bu durumda, QOzelti 90k ktsa bir zamanda kaynama noktasma kadar vanr ve hemen hem en 1sttic1 borulannm bepsinin agzmdan ft§kmr · Sekil 5-29c'de d egrisi, Qiizel' tinin 90k soguk, hem kaynama 100 temperatiiriiniin ve hem de temlr peratiir dii§ii§iiniin Qok fazla ol95 ""-dugn bir hali g&termelctedir. e Boyle bir durumda ISl transferi 90 iyidir. Gozeltiyi kaynama noktasti/ na kadar 1s1tinak iQin biiyiik mik85 tarda 1smm Qiizeltiye verilmi§ oJ, . II masma ragmen, 1s1 t1c1 borularm1n 80 II iiQte birinden (boru uzunlugu ola75 rak) .daha az bir ktsmmda Qiizelti 1/f-. kaynamaya ba§lar ve borularm QOr70 gundan ft§kmr. e egrisi ise daha ~'r-, d siCak besleme 9iizeltisini goster65 IJ mekte olup, bu durumda hem At ve hem de !,!Ozelti debisi ufakttr. 60 Istt1Cl borularmm ii9te iki uzunlugu boyunca 9ozelti lSlmp, kayna55 maya ba§lamasma ragmen, >iizeltide pek fazla a§m 1smma goriil-
v
50
mez.
Yiiksek 90zelti debisi, daha s1cak 9iizelti ve 90k biiyiik temperatiir dii§ii§ii, sadece kaynamamn 40 ba§lad1g1 noktay1 lS!l!C1 borulan0 1 2 3 4 5 6 mn daha alt k1s1mlarma itmekle E~anjiir borulanmn alt k1smmdan itibaren uzakl1k,m kalmaz; aym zamanda IS1llC! bo, rulanmn iist kts1mlarmda, siirtiinSekil 5 ~ 29 c. Tabii dola~tmla ~ah~an, tsttlct bo~ menin pek fa~la artmasma sebep rulan uzun ve dli~ey bir evaporatOrde temperaolur ve ,ozeltide onemli derecede ttir-boru uzunlu~u bagmttlan: (d) so8uk ~Ozelti, a§m lS!nma goriil iir. biiyUk temperatiir -dU~~U; (e) steak ~Ozelti, temIsltlcl borulan uzun ve dii§ey peratiir dii~~U ve ~Ozelti debisi az. bir evaporati:lrde 1$1tlcl borusu- . nun yapt1g1 i§; 9iizeltinin giri§ temperatiiriine, 9iizelti debisine, seperator boliimiindeki basmca tekabiil eden temperatliriin denge degerine, temperatiir dii-
45
§ii§iine, 90zelti viskozitesine ve boru uzunlugunun boru Qapma oramna t~bidir. Son iki faktoriin tesirini gosteren ~griler, bu k!Slmda verilmemi§tir. Is1tlc1 borulannm alt k1smmda, Qozelti kaynama temperatiiriine kadar IS!lllmakta; iist klSlmda ise, kaynamakta olan QOzeltiye lSI transfer olmaktad1r. ls!l!C! borularmm iist k1smmda, Qiizelti ve Qiiziicii buharmdan meydana gelen emiilsiyon, biiyiik bir luzla borular iQerisinde a!,maktadir. Biitiin bu sebeplerden dolay1, ISillC! borulanmn bu iki k1smi birbirlerinden tamamiyle farkh i§ler gormektedirler. Gezer termoelementler yard1m1 ile yap1lan iilQmeler, kaynamamn meydana geldigi ve meydana gelmedigi bolgeleri bulmam1za yard1m ederse de, bu kisunlar tarafmdan transfer olunan ISllarm miktarlanm dogrudan dogruya hesaplamam1za imkiln vermezler. (:ozeltiyi giri§ temperatiiriinden maksimum temperatUre kadar · ISitmak iQin gerekli ISlnm miktan hesaplandlktan sonra bu lSI, transfer olan ISintn tiim miktarmdan ~1kardarak, kaynamanm meydana geldigi kiSlmda transfer olan ISlnm miktan bulunur. Siiphesiz bu, devamh olmayan bir r;oziim yoludur, fakat ~u anda miimkiin- olan yegilne metoddm:. lsitiCI borularmi terk eden buhann bilinen h!ZIDl esas alarak hesaplanan temperatiir, faydah bir sonur; vermez. Giinkii IS1tlcl borusunun bu klsm1, sadece buhar ve ~ozeltiden meydana gelen bir emiilsiyonla doludur ve iki fazh aki§kan dinamigi pek iyi bilinmemektedir. Konu o kadar kan§lktu ki, !Sll!Cl borularmm tiimiinde kaynamanm meydarta gelip ,gelmedigini, kaynama bolgesinin uzunlugunu, borunun ne kadar kismmda ISlnma ve ne kadar kismmda kaynama meydana geldigini onceden tahmin etmek imkilns1zd1r. Biitiin faktorlerin ol>iilebildigi deneysel Qah§malarda (bunlan endiistride olr;mek miimkiin olmad1g1 i~in), kaynamanm meydana geldigi klSlm iQin ba~ka, 1smmanm meydana geldigi kb s1m iQin ba~ka bir bagmtmm kurulmas1 miimkiindiir. Bu bagmhlarm endiistriyel problemlere uygulanmas1 esnasmda, 1smma ve kaynama k!slrnlarma ait uzunluklarm birbirlerinden kesinlikle aynlamamas1 ve 90zeltinin ISlhCI borusunu terk ettigi anda maksimum temperatiiriin bilinememesi gibi sebeplerden dolay1, biiyiik giir;liiklerle kaqda§lhr. Su anda bu sorulara cevap verilemedigi i~in, elimizde bn iki k1sma ait lSI transfer e§itlikleri bulunsa bile, bu e§itlikleri endiistride kar§da§dan proje i~lerinde kullanamay1z. Bunun bir sonu£u olarak, ISI!ICI borulan dii§ey ve uzun olan evaporatorlerin projelendirilmeleri tecriibeye dayamr ve bununla ilgili bilgiler tamamiyle evaporatOr yapan firmalarm elindedir. Yaymlanan bir kisim tablolarm 1 incelenmesi, 1smma ve kaynama klS!m!arma ait katsay1larm biiyiikliikleri hakkmda bir fikir verir. Fakat bn degerlerin 1 Hebbard and Badger, Trans. Am. lnst. Chem. Engrs., 30: 194-216 (1933); B
251
250 sadece denemede kullamlan o GOzeltiye ve o boyutlara sahip ISltiCI borusuna ait oldugu unutulmamahd1r. 5-41. Kabuk t"'!ekkiilii. <;oziinen maddelerin 90gunun \'OZiiniirliikleri temperatiiriin yiikselmesi ile birlikte artar. Fakat kalsiyum siilfat, susuz sodyum siilfat ve sodyum karbonat monohidratm Qoziiniirliikleri temperatiiriin yiikselmesi ile birlikte azahr. Bunlara tcrs roziiniirliige sahip maddeler denir. Boyle bir komponentin Qozeltisi bir evaporatorde ISitddigi veya deri§ikle§tirildigi zaman, \'OZiiuen maddenin 96ziiniirliigii, temperatiiriin maksimum oldugu ISitici borusu yiizeyinde minimumdur. Bu sebeple, boru yiizeyinde bir Qokelme meydana gelir; genellikle sert, siki ve yiizeye iyi bir §ekilde yapl§an bir kabul te§ekkiil eder. Normal Qoziiniirliige sahip maddelerin 9okelmesi, ISitlci borusu yiizeyinden ziyade QOkeltinin esas kiitlesi iQerisinde meydana gelir. Ters Qoziiniirliige sahip maddeler, gogu zaman normal Qoziiniirliige sahip maddelerle birJik, te bulunduklarmdan, her iki tip Gokelme de birlikte meydana gelebilir. Kabugu boru yiizeyinden nzakla§tlrmak hususunda ba§vurulan Qe§itli metodlar vardu. Kabuk suda 9iiziinmekte ise, evaporatorii su ile doldurup Qah§tlrmak sureti ile. bu kabuk uzakla§tmlabilir. Su iQerisindeki Qoziiniirliigii oldukQa az ise, evaporatorii sokmek ve lSltlCI borulan iQerisindeki kabugu QeJik bir firQa veya ba§ka bir cihazla kaz1mak gerekir. Baz1 cins kabuklan seyreltik asid veya kalevi 90zeltilerle boru yiizeyinden uzakla§tlrmak da miimkiindiir. Demir veya Qelikten yapilmi§ evaporatorlerde, gerekli her tiirlii tedbir ahnarak, 7o 0,5 hidroklorik asid Qozeltisi ile temizleme yapdabilir ve bundan cihaz bir zarar gormez. Kalsiym;n sulfat gibi kolay GOZiinmeyen kabuklar i9in bazan kalevi ile kay" natma i§leminden sonra asitle kaynatma yap1hr.
0 = kabuk te§ekkiiliiniin ba§lamasmdan itibaren
(5·5) 1
Me <;;!be and Robinson. Iud. Eug. Chem., 16:478 (1924)
zaman, saat.
anda tiim ISI transfer katsaylSl.
U = 0 amnda tiim ISI transfer katsaylSl. {3 = incelenen ozel hal i~in bir sabit.
(5-5) numarah e§itligin durumu, hem U hem de 1/U' degerinin 6'ya kar§It §ekil 5-30' dan daha :'~'k bir §ekilde goriilmektedir. U ile 6 arasm-
yerle~tirildigi,
daki bagmti lineer degildir, herhangi bir durum ile ilgili bilgi olmaksiZin interpolasyon ve ekstrapolasyon yapmak 90k zordur. Bu sebeple, egrinin hassas bir §ekilde tesbit olunmas1 gereklidir. ljU0 ile 6 arasmdaki bagmti diiz bir dogru §eklindedir, dogrunun 9izilebilmesi igin sadece iki noktamn bilinmesi yeterlidir. Te~ekkiil eden kabugun temizlenme periyotlan arasmda, maksimum kapasiteyi veren, optimum bir 9ah§ma zamam vard1r. Evaporator s1k s1k durdurulup temizlenecek ·olursa, zamanm biiyiik. bir k1sm1 iiretime ayrilmadigi igin, ortalama iiretim dii§er. Diger taraftan, evaporatoriin temizleme peryotlarmm arasi
2930
21.
I I I ''L~t'1m ' katsay1lan ( u) • 1s11 1
:::1
21.1. 0 ~
~ 1950
:f
7
·1/Lfo10
v '.
I'.
11.65
r-.....
1-
0
T
~
' 20
16 12
/
v v
/
7
1\
,!; 975 iU ,.,: .li:l 1.88
Kabuk te§ekkiiliine sebep olabilecek maddeler ihtiva eden 90zeltilerin ISItdma veya buharla§tmlmalan esnasmda, kabuk te§ekkiiliinii tamamiyle onleyebilecek bir metod lnevcut degildir. Bununla beraber, QOzelti akim lnzmm artinlmasi, kabuk te§ekkiil hlZim onemli derecede azalt1r. Bu, zorlanmi§ dola§Im tipi evaporatiirlerin onemli iistiinliiklerinden birisidir. 5-42. Kabugun te~ekkiil hiZt. Isiticl borulan iizerinde kabuk te§ekkiil etmesi sebebi ile, ISI transferiue kar§I koyan yeni bir diren9 dogar. Bu direnQ, kabuk te§ekkiiliiniin ba§lama amndan itibaren meydana gelen buharla§mamn miktan ile orantihd1r. Bu bagmt1, a§agtdaki §ekilde giisterilebilir. 1
ba~lad1g1
U, = kabuk te§ekkiilii
ge~en
1"-:J 1.::"
/
t. 100
200
300
1.00
Zaman, dakika Sekil 5 • 30. Evaporatorde lrnbuk le!iekkiil htzl.
uzarsa, ortalama ISI transferi ve dolay1s1 ile evaporator kapasitesi azahr. <;ok kere optimum zaman kesin degildir. Genellikle, Qah§ma §artlan altmda yakla§Ik degerler metodu ile hassas bir §ekllde bulunabilir. Sekil 5-30 1'da gosterilen egrilere benzer egrilerden de hesaplanabilir. '
Perry, sahife 513'e bakmtz.
252
253
5-43. .;:ok tesirli evnporasyon. Simdiye kadar yap1lan a9Iklamalar, tek tesirli eva!Joratorler diye adlandmlan evaporatorleri esas alrni§IIr. Bu sistemin I degi§tirilmi~ bir §ekli alan 90k tesirli evaporasyon, genellikle fazla iiretim yapan fabrikalarda kullamhr. Bundan maksat, tek tesirli bir evaporatorle ula§IIandan daha yiiksek buhar ekonomisi temin etmeklir. ~ 5-44. .;:ok tesirli evaporasyon prensipleri. Sekil 5-31, ISitiCI borulan kJ, sa ve dii§ey ii9 evaporatoriin,' 90k tesirli bir evaporasyonu meydana getirmek iizere bagldni§Ini gi:istermektedir. C:ok tesirll evaporasyonun gene! prensibi, bir ' evaporatOriin sOziicii buhann1, onu takip eden evaporatOrde ISitma ortamt ola-
rak kullanmaktan ibarettir. Evaporasyonun 90k tesirli olmasi, evaporator yapismda bir degi§ikligi gerektirmez. <:;ok tesirli evaporasyon sadece evaporatorler aras1 baglanmadan ibarettir. ·
I
II
JII
Pompaya
kapantna
$ekil 5 - 31. Cok tesirli evaporatOr: I, II. III, birinci, ikinci ve lis:tincii tesirler (daima su buhannm aktm yOniinde numaralamrlar); Dl' D 2 , D 3 kondensat valfian; Fl' F2 , F 3 besleme ve !;Ozelti ak.tm valflan; S1 , su buhan valfi; T, deri~ik c;Ozelti valft; V1, V2 , V 3 yogunlW1mayan gazlar ic;in bo~altma valflan; P0 , P 1, P2 , P3 basm9Iar; t 0 , tl' t2 , t 3 temperatiirler.
vakum 660 mm olsun. Vakum pompasmm 9ah~mas1 sonucunda evaporator giivdesi ve lSltlCI borulan i9erisindeki' hava bo~altihp, sistemin tiimii 660 mm vakum altmda tutulsun. I numaral1 evaporatoriin' ISitlCismda istenilen Po basmCI meydana gelinceye kadar S, su buhar1 valfi ve D, kondensat valfi a91k tutulsun. Po basmcma sahip doymu~ su buharmm temperatiirii 't, olsun. Su buhar1, ilk once I numaral1 evaporatoriin lSI!lciSinda arta kalm1§ hava}'l V1 valfi yolu ile uzakla~tmr. Havarun tamamen uzakla~masmdan sonra V1 valfi kapahhr. IslllCl borulan i9erisindeki 90zelti soguk oldugu i9in, bu borularm d1~mdaki su ·buhan derhal yogunla§Ir. Buhar kapan~ birikme meydana gelir gehnez hemen kondensatm 91kmasm1 saglar. <;ozelti, 660 mm basm9 altmdaki kaynama temperatiiriine kadar Ismir. Buharla§tmlacak 96zeltinin ihmlll olunabilecek kadar az kaynama noktas1 yiikselmesine sahip oldugunu kabul edelim. Bu durumda 9iizelti 51,8°C derecede kaynamaya ba~lar. <:;iizeltiden te~ekkiil eden 90ziicii buhan, yava§ ya" va~ once o evaporatoriin seperatiir biiliimiinde, sonra I numarah evaporatiirii II ,numara!I evaporatoriin ISI.llcisma baglayan boruda ve en sonra da II numarah evaporatOr ISI!lCJsmda kalm1§ olan havay1 uzakla§tmr ve bii~iin bu lasimlan doldurur. Bu i§ tamamlamnca V 0 valfi kapati!u. 1 I numarah evaporatorde te§ekkiil edip II numarah evaporatorim ISltlClSim dolduran buhar, burada ta§Imakta oldugu lSI}'! 9ozeltiye verir ve kendisi yogunla§Ir. D, valfi a9Iiarak te§ekkiil eden kondensatm evaporatOr dl§ma atiimaSJ temin edilir. Buhann yogunla§mas1 ile II numaral1 evaporatiirdeki ~iizelti ISimr. <:;ozelti Isimnca, 96zelti ile buhar arasmdaki temperattir farlu ve dola}'ISl ile buharm yogunla§ma luz1 azahr. Bu sebeple; I numaral1 evaporatoriin buhar boliimiindeki basm9 yava~ yava§ yiikselir, t 1 temperatiirii (I numarah evaporatiirdeki 9iizeltinin kaynama temperatiirii) artar ve ta-t,. temperatiir fark1 azahr. Bu durum, II numarah evaporator i9erisindeki ~ozelti temperatiiriiniin 5l,8°C dereceye ula§Ip, kaynamaya ba~lamasma kadar devam eder. Yukar1da a91klanan i§lemler, aynen III numarah evaporatorde de meydana gelir. III numaral1 evaporatorlerdeki 90zelti once ISlnu ve so11ra kaynamaya ba§lar. III numarah evaporatiirde bulunan 9iizelti ile II numarah evaporatorden gelen ~oziicii buhan arasmdaki temperatiir fark1 azahr, II numarah evapo· ratorde basm9 artar ve t2 temperatiirii (bu evaporatordeki kaynama temperatiirii) yiikselir. t,- t, temperatiir farki azahr. Bu hal yogunla~ma h1Zinm azal·
Biitiin sistemin soguk oldugunu, atmosfer basmcmda bulundugunu ve her evaporatOriin, Onceden tesbit olunan (Ornegin,
ISitJci
borulann1n iist u<:larma
yakm bir noktaya kadar) seviyede buharla§tmlacak 96zelti ile doldurulmu§ bu· lundugunu kabul edelim. Vakum pompaSI 9ah§hnlsm, yogunla~mayan gazlarm (hava) bo§alti!masi i9in V1 , V, ve V, valflan a91lsm. Diger biitiin valflar kapah tutulsun. Barometrik basmcm 760 mm oldugu bu yerde, eri~ilebilen en yiikSek
1
EvaporatOrlerden (aym
~kilde di~er
cihazlardan) bahsederken tsttma ortanu olarak
kullamlan buhara genellik.le su buhan, ~Ozeltiden te,ekkiil eden buhara da ~rOziicli brlhan adt verilir. Cok ~esirli evapor~yonda bir evaporatOrUn ~Ozlicii buhan, onu takip eden evaporatOrUn tsttma ortamtnl te!)kil eder. Tek tesirli evaporat6rlerde bu iki buhar faz1 birbirlerinden tamamen ayn olduAu halde~ ~k tesirli evaporatOrlerde biri dilerinin yerini almaktadrr. Endiistride genellikle sulu ~zeltilerin buharlal;!ttrtlmast yapddtAt i~in, hem tsttma ortam1 olarak kullamlan bubar ve hem de c;BzUcii buhan, sadece su buhandtr.
255
254 masma ve I numarah evaporatoriin buhar boliimiindeki basmcm daha da artmasma sebep olur. Bir miiddet sonra her iiQ evaporatorde de Qozelti kaynamaya ba~lar ve biitiin sistem dengeli bir hale eri~ir. Kaynamamn meydana gelmesi sebebi ile evaporatordeki QOzelti seviyeleri, yava§ yava§ azahr. I numarah evai:JOratordeki Qozelti seviyesi azalmaya ba~la ymca F, besleme alom1 valfr ac;Jlarak, QOzelti seviyesinin sabit bir degeri muhafaza etmesi temin olunur. II numarah evaporatorde c;ozelti kaynamaya ba§laymca F, valfl, III numarah evaporatorde kaynama ba§laymca F 3 valfl ayarlamr. Valflardan herhangi birinde yap1lan degi§me, digerlerinde de bir ayarlama yapJ!masJm gerektirir. Valflar, her iic; evaporatordeki <;ozelti seviyeleri sabit kalacak §ekilde ayarlanmahd1r. III numarah evaporatordeki <;ozelti yava§ yava§ deri§ikle§ir isteniien deri§ikle§me meydana geldigi anda, T valfl yeterli derecede aQJhr ve deri§ik Qozelti pompas1 c;ah§tmhr. Evaporatorler kararh bir Qah§m(\ diizenine girdigi anda, seyreltik Qozelti devamh bir aklmla I nolu evaporatore girer, bnndan II nolu evaporator ve oradan da III numarah evaporatore ge<;er. Deri§ikle§mi§ Qozelti devamh bir aklmla III nolu evaporatorden Qekilir. Bu durumda evaporatorler, devamh bir aklmla devamh bir Qah§ma halindedir, evaporatorlerdeki biitiin temperatiir ve basmQlar dengeye ula§illl§lardJr. <;:ok tesirli evaporatiirlerden bahsederken her bir evaporator, bir tesir olarak adlandmhr ve tesirler daima QOziicii buharmm akl§ yoniinde numaralamr. <;:ok tesirli evaporatorlerde tesirlerin numalandmh§I, Romen say1lan ile yaplhr. AQJklamasmJ yapl!gJmJZ yukandaki ornekte, numaralandJrma aym zamanda Qozelti ak1m yoniinii de gostermektedir. Fakat bu her zaman kaqJla§Jian bir ~,a! degildir, numaralandmnada esas olan buhar fazmm akl§ yoniidiir. ilk tesirin (evaporatoriin) JSJ transfer yiizeyi, birim saatte a§agulaki miktarda JSJ transfer eder. (5-8)
Bu 1sm1il bir k1smJ seyreltik c;ozeltiyi kaynama noktasma kadar JSJtmak iQin kullamlm1§ olabilir, fakat §U anda bunu goz oniine almayacag1z. Verilen JSlnm hepsi, gizli JSJ §eklinde, birinci tesiri terk eden <;oziicii buharmda bulunmahd1r. D, val£1 yolu ile evaporatorii terk eden kondensatm temperatiirii, I nolu evaporatorde kaynayan c;ozeltiden te§ekkiil eden buharm t, temperatiiriine yakmd1r. Bu sebeple, birinci tesirde buhar iir~tmek iQin kullamlan ISlnm hemen hemen · tiimii, bu buhar II nolu evaporatorde yogunla§l!gJ zaman, o evaporatiirdeki c;Ozeltiye verilir. II nolu evaporatiirde transfer alan ISlnm degeri a§ag1daki e§itlikle hesaplanabilir.
q, = A,U,Ilt,
(5-7)
Yukar1da ac;JklandJgJ gibi q, ve q. hemen hemen birhirlerine e§ittir. Buna gore, a§ag1daki bagmt1 yazllabilir.
A,U,Jit, = A.U,&t,
(5-8)
Bu dii§iinii§, biitiin tesirleri kapsayac11k §ekilde geni§letilebilir.
A,U,At,
= A.U.dt. = A U lit 3
3
(5-9)
2
Kolayhkla giiriilebilecegi gibi (5-8) ve (5-9) numarah e~ftlikler,,sadece yakla§Jk e§itliklerdir. Bu e§itlikler, e~itliklerde yer alan terimlere nisbetle olduk.;a ufak olan, hazt terimlerin ililvesi ile diizeltilmelidirler. Endiistride kar§Jla§l!gJmJz c;ok tesirli evaporatorlerin hemen hepsinde JSJ transfer alanlan birbirlerine e§ittir. Bu, evaporator yap1mmda ekonomi saglar. Bu durumda (5--9) numarah e§itlik a§agJdaki §ekli ahr. (5-10)
Yukandaki e§itlikten goriildii~ii gihi, Qok tesirli bir evaporatorde temperatiir dii§ii§leri yakla§Jk olarak tiim JSJ transfer katsay1lan ile ters orantJhd1r. Simdiye kadar ac;JklamasmJ yapml§ oldugumuz c;ok tesirli evaporasyonda, evaporatiirlerin otomatik olarak bir dengeye eri§mesi sebebi ile, t 1 ve t, temperatiirleri belirli bir deger ahrlar. t., ve t, ternperatiirlerinin tesbit edilmesi; otomatik olarak M, , At. ve At, degerlerini helirli k1lar. Diger bir deyimle, (5-9) ve (5-10) numarah e§itliklerle ifade olunan denge, otomatik ve devamh olarak temin. olunur; U,, U, ve U3 oranlanm degi§tirmeksizin, kontrol etmek veya diizenlemek miimkiin degildir.
Ornek. S-4. Uc; tesirli bir evaporatOr, Onemli derecede kaynama noktast yiikselmesi 0 gOstermeyen bir c;Bzeltiyi deri~ikl~tirmektedir. Birinci evaporatOre gOnderilen buharm temperatilril 107,9°C (0,35 kgrfcm' geYI'l- Son tesirde vakum 660 mm (51°C). Tum ''' transfer katsayJSJ birinci tesirde 1.440, ikinci tesirde 1.950 ve ii>lincti tesirde 900 kgr.kal/(br)(nr)(OC). Birinci ve ikinci tesirlerde kaynayan c;Ozeltilerin yaklastk temperatiirleri nedir?
f;Ozllm.
Tilm tcmperatiir dii!iilli
At ='107,9-51 = 56,9°C
Temperatiir dii~leri, yakl8.1$tk olarak tUm
lSI
transfer katsayilan ile ters orantlhdtr.
1
411 412 : : " ' ' : : Ut :
1
1
U2 : Us
Bona gijre, b.t1 = 1l,S°C
b.t2 --= 14,3°C
At,= 31,1°C Bu durumda ilk tesirde kaynama temperatiirii 96,4°C ve ikinci tesirde 82,1 °C drr.
(5 -11)
256 257
Simdiye kadar yapm1~ oldugumuz aGtklamahir, iiG tesirli evaporasyonu kapsamaktadu .. D<; tesirdw daha az veya daha <;ok tesir, <;ok tesirli evaporasyonda kullamlmaktadtr. DOrt veya he~ tesirli evaporasyon endiistride olduk<;a <;ok, be~ten fazla tesirli evaporasyon nadiren goriiliir. Ba~an ile <;ah§tmlabilen en yiiksek saytda tesire sahip evapor~syon, on bir tesirlidir. . 5-45. .C::ok tesirli evaporatiirlerde ekonomi. t, temperatiiriinde bulunan 1 kgr suyu buharla~brmak i<;in liizumlu gizli lSI, hemen hemen 10 temperatii" riinde yogunla~an buharm vermi~ oldugu gizli ISJya e~ittir. Bu sebeple, <;ok tesirli bir evaporatoriin ilk tesirinde yoguhla§an su buhanmn her kilogramma kar~thk, <;ozeltiden hemen hemen aym miktar su buharla~acaktu. Birinci evaporatore giren seyreltik <;ozelti kaynama temperatiiriinde ise, yukandaki husus dogrudur. <;ozelti k~ynama temperatiiriiniin altmda ve bilhassa soguksa, o zaman yakla~1k olarak dogrudur. Bu sebeple, birinci tesirde buharla~an ve ikinci tesirde yogunla~an suyun her kilogramma kar~thk, ikinci tesirde aym miktar su buharla§Jr. Bu husus, aynen ii<;iincii tesir i<;in de dogrudur. <;ok tesirli evaporasyonda degi~ik saytda tesir (her zaman ii<; olmast gerekmez) mevcut olabilecegi i<;in, N tesirden ibaret olan bir evaporatorde, birinci tesire gonderilen her kilogram .su buhanna kar~1hk N kgr su buharla~Jr. Bu bagmb, sadece yakla§lk olarak dogru oldugu i9in, hakiki hesaplamalarda kullamlmamahdtr. Yukandaki a<;tklamalarmuzda goz iiniine alm1~ oldugumuz daha az iinem ta§tyan hususlar, tesir sayiSI arttJk<;a iinein kazanmaya ba~larlar. Qok tesirli evaporasyonun uygulanmasmdan rrwksat, tsttma ortam• olarak kullamlan su buharmda, ekonomi saglamakttr.
546. «;ok tesirli evaporatiirlerde kapasite. <;ok tesirli evaporasyonun . "uygulanmas1 ile, her ne kadar kullamlan su buharmdan ekonomi sag!amrsa da,. bu 9ah§mG §eklinin de baz1 sakmcalan vardtr. Bir evaporasyon sisteminin eko· nomisi ile birlikte dii§iiniilecek diger bir husus, onun kapasitesidir. Kapasite, saatte buharla§an suyun (96ziiciiniin) tiim kiitlesi olarak tammlamr. Buharla§· ma gizli ISIS!, endiistride genellikle kar§lla§tlan basm<; hudutlan i<;erisinde hemen hemen sabit oldugu i9in kapasite, biitiin tesirlerde transfer olan ISinm tii" mii olarak da okiilebilir. Sekil 5-31'de gosterilen <;ok tesirli evaporasyonun ii9 tesiri tarafmdan transfer olan JSl, a§agtdaki e§itliklerle gosterilebilir.
q,
·= U,A,at,
q2 = U,A,At, q, = U,A,L\t 3 Tiim kapasite, bu e§itliklerin toplam1 ile bulunabilir.
(5-12)
(5-13) Biitiin ~esirlerde lSI transfer alanlanmn birbirine e§it o!dugu ve sistemin tiimiine ortalama transfer katsay!Simn Uort. uygulanabilecegi kabul olunursa, (5-13) numarah e§itlik a§agtdaki §ekilde yazllabilir.
q = U,rt. A (At,
+ M, + M,)
(5-14)
Her bir tesirde nieydana gelen temperatiir dii§ii§lerinin toplamJ, su buhanmn temperatiitii ile kondensordeki temperatiir arasmdaki farka; diger bir deyimle, tiim temperatiir dii§ii§iine e§ittir. Buna gore,
q = Uon.AAt
(5-15)
Ist transfer alam A olan ve aym degerde tiim temperatiir dii§ii§ii veren (su buharmm temperatiirii 107,9'C ve 90ziicii buharmm temperatiirii 51 'C) tek tesirli bir evaporatiirii goz iiniine alahm. Aym zamanda tek tesirli bu evaporatOriin tiim 1s1 transfer katsayJSI, tic; tesirli evaporatOriin Uort. degerine e§it olsun. Buw na gore tek tesirli evaporatoriin kapasitesi, a§ag1da verilen e§itlikte gosterildigi gibidir. q=Uon.AM Bu, yukanda ii9 tesirli evaporatOr yazml§ oldugumuz e§itligin aymdir. Kat; tesir kullamhrsa kullamlsm, ortalama ISI transfer katsayiSI kullam!dtgi miiddet~e, evaporator kapasitesinin hesaplanmas1 ic;in, tamamiyle aym e§itlik ele ge<;er. Bundan §U sonucu <;1karabiliriz; bir evaporasyon sisteminde tesir say1s1 degi§tirilecek fakat tiim temperatiir farkt sabit tutulacak olursa, sistemin tiim kapasitesi degi~memi§ o!arak ka, hr. lsi transfer alarumn 1 ::n'!!'sinin fiau sabitse, tesir saytsma tilbi ohnakstzm N - tesirli bir evaporatOr i9in gerekli yatmm, aym kapasitedeki tek tesirli bir evaporator i<;in gerekli olamn N kat1d1r. Uygun olan tesir sayiSimn se<;imi, 90k tesir!i evaporasyonun uygulanmasl ile elde olunacak su buhai~in
1. Catal~ -
Kimya Miihendisli~ine Giri!
L.
.!]
'lii L. Ill
"'E
Evaporator sayrs1 Sekil 5 ~ 32. Cok tesirli bir evaporasyonda op-. timum tesir saytsl. F .17
259
258 n kazanCI ile, artan lSI transfer alanlan i~in gerekli yatmm giderleri arasmda bir ekonomik dengenin kurulmas1 ile miimkiin olur. Sekil 5-32 bu bagmt1y1 giistermektedir. Y1lhk sabit giderler, evaporator i~in yapllan ilk yatmmm belirli hir yiizdesi olarak ahnabilir. Ufak evaporatorlcrde 1s1tma yi.izeyi m2'sinin fiah bir dereceye kadar artt1g1 i('in ilk yatlnm egrisi, iist klS!m hariQ, diiz bi_r dogru degildir. Su buhan ve sogutma suyu giderleri ba~langi9ta h1zla dii§erler, fakat sonra azalan kazan~lar kanunu kendini gostermeye ba~lar. <;:ok fazla say1da tesire sahip evaporatiirler hari~, cvaporatiiriin 9ah~tmlmas1 i9in bir i§~inin yeterli olmas1 sebebi ile, i~gilik giderleri sabit kabul olunabilir. Evaporasyonun tiim giderleri, biitiin yukanda a9Iklanan giderlerin ve dolaylSI ile bu giderlere ait egrilerin toplamma e~ittir. Tiim gider, genellikle optimum tesir sayisi i9in belirli bir minimum (ufak ve orta biiyiikliikte evaporatorlerde) gosterir. 1
giren doymu~ buharm temperatiiriidiir. Her tesir doymu§ tuz gozeltisi ile doludur. Her kolondaki tiim yiikseklik, birinci evaporaliire verilen su buhan temperatiirii ile ba§layip son evaporatiirii terk eden doymu§ buhar temperatiirii ile son bulan, tiim temperatiir dagihmim gostermektedir.
-~-ilk tesire gonderilen
su buhan
Cal1sma
r- -1 temperatur ij du~u~u
~ <0l w2.1
5-47. Kaynruna noktast yiikselil;;inin tesiri. Tek tesirli evaporatorlerle ilgili ag1klamalar yap1hrken, kaynama noktasi yiikseli§inin !J.t, evaporator kapasitesine tesir ettigi giisterilmi§tir. Bu faktor, tek tesirli evaporatiirlerde oldugu gibi, ~ok tesirli evaporasyonun her tesirinde de kendisini gosterir. Hattil. bu faktor gok tesirli evaporatiirlerde, tek tesirlilerden daha fazla kendisini hissettirir.
Fazla miktarda kaynama noktas1 yiikseli~i gosteren bir gozeltiyi deri§ikle§tiren, bir evaporatorii giiz online alahm. Bu ~iizeltiden te§ekkiil eden buhar, ~o zelti temperatiiriindedir ve sa£ ~oziiciiye nisbetle, kaynama noktas1 yiikseli§i kadar, a§lfl Ismmi§tir. Boyle bir durumda, bu evaporati:irii takip eden evaporatoriin etkin buhar temperatiirii, klSlm 5-32 a~1klamp, §ekil 5-23'te gosterildigi gibi, onun doygunluk temperatiiriidiir. Bir evaporatorde te§ekkiil eden buharm, onu takip eden evaporatoriin ISitlcismda yogunla§mas1 sebebi ile, kaynama noktasi yiikseli§i kadar, faydalanabilen tiim temperatiir farkmdan !J.t kay1p meydana gelir. Bu kay1p, sadece bir tesirde olmay1p ~ok tesirli evaporatiiriin her tesirinde meydana gelir. Bu sebeple, evaporator kapasitesinde meydana gelen tiim ka)'lp olduk9a onemlidir. Temperatiir dii§ii§iinde meydana gelen bn kay1plarm gok tesirli evaporator kapasitesi iizerindeki tesiri, 0ekil 5-33'te gosterilmektedir. Bu 0ekildeki ii~ diyagram masi ile tek, iki ve ii~ tesirli evaporasyonda meydana gelen temperatiir dii§ii§iinii gostermektedir. Sekil 5-33'de gosterilen temperatiirler, doymn§ sodyum kloriir Qiizeltisine ail temperatiirlerdir. Ba;;langi~ ve biti§ §artlar~ her iig durum iQin de aymd1r; diger bir deyimle, her tesirde sm1r degerler, birinci evaporatore gonderilen su buharmm basmc1 ile son tesiri terkeden ve kondensore 1 Calwel and Kohlins, Trans, Am. Inst. Chem. ·Engrs. sahife 517-518.
42: 495-509 (1946); P'erry,
tesirli
Kaynama_ .. temperaturu yukseli?i
iki tesirli
$ekil 5 - 33. Kaynama noktas1
ylikseli~inin ~ok
tesirli evaporatOr kapasitesi tizerindeki etkisi.
Birinci te!,iri g6z Online alahm. Taranmi§ k1s1m) kaynama noktas1 yiikseli§i
· sebebi ile meydana gelen, temperatiir dii§ii~iindeki kayb1 gostermektedir. Is1 transferi iQin hakikl itici knvvet (gah§ma temperatiir dii§ii§ii), taranmami§ kislmla giisterilmektedir, iki tesirli evaporatore ait diyagramda, her bir tesirde bir kaynama noktas1 yiikseli§i meydana gelmesi sehebi ile, taranmi§ iki alan bulunmahdir. Buna gore, taranmami§ alanla gosterilen gah 0ma temperatiirii dii§ii§ii, tek tesirli evaporasyona nisbetle daha azdn. De tesirli evaporasyonda, iig tesirin her birinde ayn ayn kaynama noktasi yiikseli§inden ileri gelen temperatiir kay1plan oldugu igin, iig tane taranmi§ alan vard1r ve bu sebeple, tiim cah§ma temperatiir. dii§ii§ii daha azd1r. Sekil 5-.33 incelendigi zaman, tesir sa)'ISimn cok fazla veya gok biiyiik kaynama temperatiirii dii§ii§ii olmas1 halinde, cok tesirli bir evaporatorde kaynama noktasmda meydana gelen. yiikselmeler toplammm, tiim temperatiir dii§ii§iine e~it veya ondan daha biiyiik olabilecegi goriiliir. Bu §artlar altmda cah§mak §iiphesiz miimkiin degildir. Aynca gergek IS! transfer katsaylSlmn kullammas1 halinde, meydana gelecek yanh§hklari da bu diyagramdan giirmek miimkiindiir. Is1 transfer katsayilo.n diizeltilmeyecek olursa, evaporator projesini haz1rlayan
260 kimse, tiim temperatiir dii§ii§iinii ~ah§ma temperatiirii olarak alacagmdan, yanh§ bir yo! takip edebilir. Ufak onemi olan hususlar (seyreltik ~ozeltinin temperatiirii gibi) goz online ahnm1yacak olursa, kaynama noktas1 yiikseli§inin ~ok tesirli evaporasyon ekonomisi iizerinde bir tesiri olmadigi goriiliir. Birinci tesirde yogunla§an 1 kgr su buhan, bu tesirde 1 kgr ~iiziicii buharla§tmr; bu buhar da, ikinci tesirde yogunla§arak y~ne 1 kgr ~oziiciiniin buharl~§masma sebe.p. olu: ve. boyl~c~. deva~ eder. <;ok tesirli evaparasyonda ekonomi, 1s1 denges1 1le Ilg•h du§unu§e tilb1 olup, 1s1 transfer debisine tilbi degildir., Diger taraftan ~ozelti kaynama noktas1 yiikseli§ine sahipse, iki tesirli evaporatoriin kapasitesi, aym temperatiir dii§li§ii gosteren, iki tane tek tesirli evaporator kapasitesinin yansmdan azd1r. Aym §ekilde ii~ tesirli bir evaporatoriin kapasitesi, aym temperatiir dii§ii§ii gi:isteren ii<;: tane tek tesirli evaporator kapasitesinin ii<;:te birinden azd1r. 5-48. <;ok tesirli evaporasyon operasyonu. <;ak tesirli bir evaporati:iriin <;:ah§masi, tek tesirli evaporatorde oldugu gibi pek Qok degi§ik §ekiller gosterir. Kondensatm uzakla§tmlma metodu, tuzun almmas1, kabugun i:inlenmesi ve uzakla§tmlmasi, buhar faznun <;:Ozelti dam!aCik!an ta§1mas1 ve ki:ipiirme, <;:ah§ma t"mperatiirii hudut]an hep tek tesir!i evaporasyandaki onemi ta§Irlar. Bununla beraber tek tesirli evaparasyonda ya hi9 veya pek az onem ta§Iyan bir kisun ozellikler, <;:ok tesirli evaparasyonda biiyiik onem kazamrlar. <;ak tesirli evaporasyonda genellikle uygula· 5-49. Besleme metotlan. nan besleme metodu, seyreltik <;:ozeltinin birinci tesire pompalanmas1 ve buradan diger tesirlere gonderilmesi §eklindedir. Buna, QOzelti ve <;:oziicii ak1mmm aym yonde olmas1 sebebi j]e, e§ yonlii aklm denir. <;i:izelti konsantrasyonu, birinci tesirden sanuncu tesire kadar muhtelif tesirlerde deri§ikle§mesine devam eder. Bu, en basit 9ah§ma metodudur. ilk tesir, genellikle atmosfer basmc1 altmda oldugu i<;:in, seyreltik <;:ozeltinin birinci evaparatore bir pampa ile gonderilmesi ve deri§ik <;:ozeltinin yine bir pampa ile son evaporatorden <;:ekilmesi gereklidir. Evaporatorden evaparatore <;:ozelti aklm1, azalan basm<;:la e§ yonlii oldugu i<;:in, pompaya ihtiya<;: gostermez; sadece ~;aporatOrler arasmda Qozelti ta§Iyan borularda valflarm bulunmaSI yeterlidir. En <;:ok kar§Ila§Ilan diger bir besleme metodu, ztt aktm veya ters ak1m diye adlandmhr Bu <;:ah§ma §eklinde seyreltik <;:Ozelti son evaparatore pompalamr ve buradan, diger evaporatorleri mas1 ife takip ederek birinci evaporatore gelir. Evaparatorden evaparatore <;:ozelti aklm1, bu ak1m dii§iik basm<;:tan yiiksek basmca dogru oldugu i<;:in, evaporatorler arasma .konulan pampalarla temin olunabilir. Deri§ik 9ozeltinin ilk evaporatorden almmaSI da yine bir pampa ile yap•hr. I
i
261
Ters ak1mla <;:ah 0mamn, e§ yonlii aklmla <;:ah§maya nisbetle, haZI iistiinliikleri vard1r. Ornegin, deri§ik Qozeltinin viskozitesi <;:ok yiiksek olsun. E§ yonlti aklmla Qali§Ilmasi halinde, en fazla deri§ikle§tirilmi§ <;:ozelti son tesirde bulunacaktlr. Burada temperatiir, en dii§tik ve viskozite ise en yiiksektir. Bu durumda, tiim lSI transfer katsaylSlmn dii§tik olmaSI sebebi ile, son tesirde kapasite dii~tik bir deger gosterecektir. Bunun bir sonucu olarak, <;:ok tesirli evaporasyonun tiim kapasitesi dii§iik olacakt1r. Buna kar§Ihk ters ak1m prensibine gore ~ah~Ild•g 1 zaman en deri~ik <;:ozelti, temperatiiriin en yiiksek ve <;:ozelti viskozitesinin en dii~iik oldugu tesirde bulunacaktlr. <;ozeltinin viskoz olmasma ragmen, tiim ·,Sl transfdr katsay1s1 yine de olduk<;:a yiiksek bir deger alacakllr. Ters aklm prensibinin e~ yonlii aklm prensibinden diger bir iistiinliigu de, besleme ak1m1 temperatiirtiniin, evaporasyon sisteminin ekonomisi iizerindeki tesiridir. Besleme aklm1 soguk olup birinci evaparatore gi:inderilmekte ise, seyreltik <;:ozeltinin birinci evaporatortin kaynama temperattiriine kadar Isltilmasi, taze su buhan ile olur. ilk evaporatorde temperatiir, biitiin sistemin en yiiksek temperatiirii oldugu ve <;:ozelti en seyreltik halde bulundugu i<;:in, biiyiik hacrmda laze su buhan kullandmasm1 gerektirir. <;ozeltiyi bulundugu temperatiirden kaynama temperatiiriine kadar 1s1tmak i<;:in yogunla 0an su buhan, ne ilk tesirde ve ne de diger tesirlerde buharla§ma meydana getirmez. Taze su buharmm 1 kilogram1, N tesirli bir evaporasyon sisteminde, N kgr <;:ozticii buhan meydana getirebilecek gii<;:te oldugu i<;:in, bu yogunla 0ma evaporator ekonomisinde bir kayba sebep olur. Diger taraftan evaporasyon ters ak1m prensibine gore yapdmakta ise, soguk besleme ak1m1 son tesirde, daha ufak bir temperatiir arahgmda lSitihr ve aym zamanda bu su buharmm her kilogram•, daha once (N -1) kilogram Qozticii buharla§tirmi§tir. Ters ak1mla <;:ah§Ihrken <;:ozeltinin evaporatorden evaporatore geQi~~ bir dengeyi klsmen meydana getirir. <;ozelti, her tesire kaynama temperatiiriinden daha dii0iik bir temperatiirde girdigi iQin, her tesirin ayr1 bir lSI yiikii vard1r. Seyreltik Qozeltinin soguk olmas1 halinde, ters aklm metodunun uygulanmas1 yine de evaporator ekonomisinde hi<' artmaya sebep olur. Bu metodla beslemenin kantitatif tesiri, 1s1 dengesi hesaplamalan yaplld1g1 zaman daha a91k bir §ekilde ortaya 91kar. Besleme aklm1 s1eak (ornegin, yakla~1k olarak birinci tesirin sahip oldugu temperatiirde) ise, e§ yonlii ak•mla <;:ah§ma ters yonlii <;:ah§maya nisbetle dalla yiiksek buhar ekonomisi temin eder. (:iinkii, birinci evaporatorde <;:ozeltiyi bulundugu temperatiirden kaynama temperatiiriine kadar 1Sltmak i<;:in su buhan yogunla§mas• meydana gelmez ve <;:iizeltinin evaporatorden evaporatore ge<;:mesi fla§ (piiskiirtme) evaporasyonun meydana gelmesine sebep olur. Bu hal, fazladan Qi:iziicii buhan meydana getirir, Diger taraftan yakla§Ik olarak ilk tesirin temperatiiriinde bulunan s1cak besleme ak1m1, ters aklmla Qah§an sistemin son tesirine gonderilecek olursa derhal piiskiirtir, temperatiirii o tesirin tempe-
J
262 ratiiriine dii§er ve bir miktar buharla§ma meydana gelir. Bu ~ada meydaua gelen buhar, dogrudan dogruya kondensore gider ve diger tesirlerde herhangi bir buharla§maya sebep olmaz. E§ yiinlii evaporasyonda da hemen hemen aym miktar piiskiirme meydana gelir, fakat bu piiskiirme biitiin tesirlerde goriiliir ve te§ekkiil eden buhar miiteakip evaporatorde 90zelti buharla§masma hizmet eder. Bundan ba§ka, ters akrm prensibi uygulanacak ve seyreltik ~ozelti son evaporatiire piiskiirerek girecek olursa, gozeltinin evaporatorden evaporatore ge~i§i es" nasmda adrm adrm rsrtilmasr gerekir. SonuQ olarak §Unu siiyleyebiliriz: siCak besleme alam1 e§ yonlii evaporasyonda; soguk besleme akrmi ise ters yiinlii evaporasyonda daha ekonomiktir. Bnnlardan hangisinin uygulanmasmm iyi sonug verecegi hususu, problemin igerisinde bulundugu §ar.tlara gore degi§ir ve sadece ISI dengesinin hesaplanmasr ile til.yin olunabilir. Yukanda agrklandrgi gibi, ters akimla gah§ma metodunun iistiin taraflarmdan biri, viskozitesi yiiksek deri§ik gozeltinin elde olunabihnesidir. Bazi hallerde bu sonuQ, ters akrmla beslemenin giidiikleri ile kar§Ila§maksrzm da elde olunabilir. Seyreltik gozelti ile deri§ik Qozelti arasmdaki konsantrasyon farkr biiyiik ise, yiiksek viskozitenin tesiri hemen hemen yalmz bir evaporatorde giiriiliir. BOyle bir dnrumda seyreltik gozeltiyi ikinci tesire pompalamak, e§ yiinlii akimla ikinci tesirden son tesire giindermek ve son tesirden ilk tesire pompalayarak, son bnharla§tirmayr ilk evaporatorde yapmak miimkiindiir. Bu metodla ~ah§ma, diger tesirlere ciddi bir engel te§kil etmedigi gibi, viskozitesi yiiksek ~iizelti, temperatiiriin en yiiksek oldugu yerde buharla§Ir. Temperatiirii~ yiiksek oldugu bu yerde viskozite dii§iik ve tiim rsi transfer katsayisi yiiksektir. Bu hususda daha ba§ka besleme metodlarr da dii§iiniilebilir ve bunlarm hepsine birden kar~~k besleme adr verilir. Bazr hallerde, bilhassa yemek tuzu iiretiminde, evaporator doymu§ ~iizelti ile beslenir ve deri§ik ~iizelti c;ekilmesi de olmazsa, her tesirin dogrudan dogrn· ya beslenmesi ve 9iizeltinin bir tesirden digerine gonderihnemesi uygun olur. Bu metodla besleme, genellikle paralel besleme diye adlandmhr ve evaporatorden pek az veya hig deri§ik c;ozelti ~ekilmedigi hallere uygulanabilir. Isr dengesi hesaplamalan, uygulanmasr dii§iiniilen besleme metodnnun, evaporator ekonomisine fayda veya zarar verecegini ortaya koyar. C:ogu zaman bu sec;irnde ekonomiden ~ok uygulamadaki kolayhk, biiyiik rol oynar.
5-50. Fazladan buhar ~kilmesi. C:ok tesirli evaporatore sahip bir fabrikamn gene! ekonomisinde iinemli bir faktiir olan ve bilhassa, pancar §ekeri endiistrisinde ger~ekten deger verilen bir husus da §ndur. C:ok tesirli bir evaporator sadece c;ozelti deri§ikle§tiren bir cihaz ohnayrp, aym zarnanda dii§iik basmca sahip ucuz rsrtma buhan iireten bir cihazdrr.
263 C:ok tesirli bir evaporatorun ikinci tesiri, 85°C derecede kaynayan ~ozelti ile dolu bulunsun ve aym zamanda fabrikanm bir noktasmda bulunan bir ~o zeltinin, 80°C dereceyi a§mayacak §ekilde rsrtrlmasma ihtiyaQ hil.si! olsun. Bu Isitma i§lemi, ikinci tesirden ahnan bir miktar goziicii buhan ile yaprlacak olur" sa bu i~, kendi aguhgmm iki kat! kadar buharla§tirma yapml§ bir buharla yaprlmi§ olur ve fabrikanm tiim ISI bilil.nQOsu bunclan faydalamr. Bu suretle, buhar jeneratoriinden yiiksek basmgta bulunan pahah su buhan almrp kullamlmami§ olur. Ahnan su buharmm miktan, evaporatorden evaporatore ge~en buhar miktarma nisbetle az ise, evaporatOriin yap1mmda bunun gOz Oniine almmas1 gerekmez ve fazladan buhar 9ekilen bir tesir, daha fazla buhar iiretebilmek icin uygun olan temperatiir dag1hmma kendiliginden sahip olur. (:ekilen buharm miktan, evaporatorden evaporatore ge~en buharm miktanna nisbetle fazla ise, uygun bir temperatiir dagtltmlm tern in etmek maksad1 ile bir 'k1s1m evaporatOrlerin Isi transfer alanlarmm artmlmasr gerekir. Fazladan "buhar Qekiminin sayrsal sonuglan, yalmz ISI dengesi hesaplamalanmn yapi!masr ile bulunabilir. Bu §ekildeki diizenlemeler, Qogu zaman fabrikamn biitiiniine ait buhar ekonomisinde §a§JrtiCI sonuglar verebilir. Fakat fazladan buhar Qekilmesinin, bizzat evaporatOr ekunomisinde dii§ii§e sebep oldugu bir ger~ektir. 5-51. Yogunl3l'mayan gazlann uzakla~hnbnast. Birinci tesire ait ISihcryr dolduran su buhan iQerisindeki yogunla§mayan gazlar, sadece suyun igerisinde 90ziinmii§ ve buhara geQmi§ olan gazlardrr. Birinci tesirin di§mdaki diger tesirlerde, cihazda mevcut deliklerden srzan veya seyreltik 90zeltide coziinmii§ bulunan hava mevcuttur. Bazr hallerde, evaporasyonun yiiriiyii§ii esnasmda meydana gelen reaksiyonlar sonucu da gaz te§ekkiil edebilir. Yogunla§mayan gazlann miktan az ise bunlan uzakla§trrmak igin en uygun yo!, bunlan 'bir bo§altma borusu yolu ile rsrtlcrdan, o evaporatoriin seperatiilr boliimiine ge9irmektir. Bu durumda bo§altma borusu valh tamamiyle agrk tutulacak olursa, yogunla§mayan gazlarla birlikte bir kiSim rsrtina buhan da evaporatoriin bu krsmma kagar. Bu kagan rsrtma buhan bir kayrp olmadrgr gibi, son tesirde yogunla§mayan gazlann konsantrasyonlarmm zararh bir seviyeye nla§masim da onler. Diger taraftan yogunla§mayan gazlann miktan fazla ise, bunlarm bnhara katilmasr son tesir ISiticismdaki konsantrasyonlanm artmr· ve dolayrsi ile ISI transfer katsay!Slnm dii§mesine sebep olur. Bn dunimda evapo• ratorlerin bo§altma borulan teker teker kondensore baglamr, bir miktar lSltma buharmm kaybolmasma kaqrhk ISI transfer katsayrsi dii§iiriilmemi§ olur. :Seker pancari c;ozeltilerinin deri§ikle§tirilmeleri esnasmda onemli miktarda amonyak serbest hale geger ve bu durnmda, ikinci metodun uygulanmasr daha dogru olur.
265
264 5·52. (:ok tesirli evaporasyon hesaplamalan. (:ok tesirli evaporasyonun 9ah§ma prensiplerini geli§tirmek maksad1 ile, klSlm 5-45' de a91klanan gene! ba~mtmm kullamlmasi (diger bir deyimle, 1 kgr su buharmm bir tesirli bir evaporatord~ 1 kgr ve iki tesirli evaporatorde 2 kgr su buharla§hrmasi), ,olduk9a yakla§Ik sonuQiar verir. Besleme ak)mmm temperaturu, evaporatordeki temperatiir hudutlan, seyreltik ve deri§ik Qiizeltilerin a~nhklan arasmdaki oran ve di~er faktiirler, bu ba~mtlya oldukQa fazla bir §ekilde tesir ederler. Bu sebepten, 90k tesirli evaporatorlerin Qali§masma ait en yakia§Ik hesaplamalarda bile bu ba~mh kuilamlmamahd•r. Kullamlmasi dii§iiniilen bir evaporatoriin durumunu onceden tesbit etmek, sadece tam bir lSI dengesi hesapJamaSlDlD yapumaSl ile miimkiin olur. (:ok tesirli evaporasyon hesaplamalarmm yap1lmasmdan maksat, kullamlacak su buharmm miktanm, liizumlu lSI transfer alamm, her tesirdeki yakla§Ik temperatiirleri, son tesiri terk eden ve kondensore giden 'buharm rniktar1m bulmaktn. Tek tesirli evaporatorlerde (los1m 5-24) oidu~u gibi, en onemli bagm" tilar kiitle dengesi, enerji dengesi ve 1s1 transferi (4-23) e§itli~idir. Bununla hera her, Qok tesirli evaporasyonda dogrudan do~ruya cebirse] Qiiziim yerine doneme - yamlma QOziim metodu kullamlmahdn. Kaynama noktas1 yiikseli§i onemsenmeyecek kadar az olan bir Qozeltiyi deri§ikle§tiren, iiQ tesirli bir evaporatiirii goz oniine alahm. Bu evaporatorle ilgili yedi e§itlik kurulabilir. Bunlar s1tas1 ile her tesir iQin hirer 1s1 dengesi, her tesir iQin hirer 1s1 transfer e§itligi ve evaporatorlerde meydana gelen tek tek buhar]a§malarm topia1Dl. Bu e§itliklerde yedi tane bilinmeyen vard•r: (1) ilk tesire gonderilen su buhar1 miktan, {2, 3, 4) her blr evaporatorde meydana gelen bnharia§ma, {5) ilk tesirde kaynayan Qiizeltinin temperatiirii, {6) ikinci tesirde kaynayan Qiizeltinin temperatiirii ve (7) her bir tesirin 1s1 transfer alam. Her tesirde 1s1 transfer alamnm ayn1 oldugu kabul olunmaktad1r. Yedi bilinmeyeni, kurulacak yedi e§itlikle QBzmek miimkiindiir, fakat bu metod, Qok zaman ahr ve pratik de~ildir.
Bu durumda deneme "yamlma metodu §U §ekilde uygulamr : 1. Birincl ve ik.iuci evaporatOrlerde kaynayan !;Ozeltilerin temperatlirleri tahmin olunur. 2. Her evaporat3r i~in bir tst dengesi kurulur ve her tesirdeki buharl~ma hesaplamr. 3. 1st transfer C$itlikleri (4-41) yardtmt ile, her tesir i~in liizumlu
lSI
transfer alant
hesaphunr. 4. Bu yolla hesaplanan tst transfer alanlart, her i.i~ evaporatOrde birbirine «$it de~Use~ temperatiir d~~ii i~in yeni bir dajpbm yapthr. 2 ve 3'Uncii maddelerdeki i~lemler aynen tekrarlamr. Bu ijleme, "' transfer alanlan ~it ~tkmcaya kadar devam edilir.
Genellikle, ikinci tahmin arzulanan sonucu verir; bu sebepten, deneme yamhna metoi'u, pek fazla zor ve zaman alan bir metod de~dir.
Gozelti iinemli derecede kaynama noktas1 yiikselmesi gi:istermekte ise konsantrasyon, basm~. kaynama noktasr yiikselmesi ve entalpi!er arasmdaki bagmti basil bir matematik e~itlikle giisterilcmeyecegi i<;in, iyi sonu<; vercn bir <;iiziim yolu bulmak miimkiin degildir. Yap1iacak bir scri tahmin ve yakla§llrma, deneme - yamlma mctodunu olduk<;a iyi ve Gahuk sonu<; veren bir metod haline getirir. GOzi.imde izlenecek adnnlm ~unlard1r: 1. Bilinen terminal (ba~lang1g ve 5-onw;) nama noktast ve entalpiler bulunur.
~artlardan
faydalanarak, son tesire ait kay-
2. 1lk ve ikinci tesirlerde meydana gelen buharla~malann miktarlan tahmin edilir. Seyreltik c;Ozeltilere ait Diihring dogrulannm egimi, hemen hemen aym (kaynama noktast ytikseli~inin basmca pek fazla t5.bi olmamas•) oldugu iyin. yakla~ak 90zelti bil~~imi ve kaynama noktas1 ytikseli~i bulunabilir. ttirii
3. $u anda biitiin kaynama noktast yiikseli~leri bilindi£:i i\fin, hakikl c;ah$ma temperadli~ii~li, hesaplanabilir ve blitiln tesirlere dagtlrmt yaprhr.
4. 1st dengesi e$itlikleri yardtmt ile, ilk ve ikinci tesirlerde meydana gelen buharla$manm miktarlan hesaplamr. Elde olunan sonuc;lar, 2'inci adrmda tahmin olunandan farkh ise, 2 ve 3ncli adtmlar hesaplanan bu miktarlarla tekrarlamr.
5. 1st transfer C$itli£:i (4-41) yardtmt ile, her tesir i\fin liizumlu rsr transfer alam hesaplantr. '" 6. Her tesire ait lSI transfer alam birbirine C$it ~rkmadrgr takdirde, 3'iincli adtmda yapllan temperati.ir dagrltmt yeni ba$tan yaptltr. Kaynama noktasr ylikseli$i c;ok fazla olmadlkc;a bu, 2'nci adrmda yapllan kaynama noktasr yilkseli$in'e ait tahminleri pek fazla degi$tirmez.
7. Temperatiir dilzeltimi i~lemine, rsr transfer alanlan e!;>it 91kmcaya kadar devam olunur. Genellikle, ikinci tekrar istenilen sonucu verir. Ornek 5-S. Zorlanmi$ doh1.5Imla c;ah$an i.ic; tesirli bir evaporatOr o,o lO'luk sodyum hidroksid gOzeltisini % 50'lik oluncaya kadar deri!;>iklqtirmektedir. Besleme aktmt 38°C derecede olup, saatte 5 ton NaOH ihtiva eden bir debiye sahiptir. Isttma ortamr olarak kullamlan su buhan 113,3°~ (1,6 kgr/cm:l. muHak basmca sahip) olup, son teslrde 711 mm'lik bir vakum (barometrik basmcm 760 mm oldu&u bu yerde) saglanmaktadtr. Tlim rst transfer katsayrlan strast ile U 1 = 5.370, U'2-= 2.930 vc U 3 = 1.950 kgr.kal/(hr)(m-2)(°C) dtrt. E~ yOnli.i aklm metodu uygulanmaktadtr. t;Ozlicli buhannm ~Ozelti damlacrklan ta$tmast ve radyasyon yolu ile rst kaybt, Onemsenmcyocek kadar azdtr. Isttlctyt terk eden kondensatm, su buhannm doygunluk temperatlirilnde oldugu kabul olunuyor. Buna gOre, lilzumlu tst transfer alam (her evaporatOr ic;in aym olan) ne kadardrr? Kullamlan su buharmm kiitlesi ne kadardrr? 1 kgr su buhan, kac; kilogram s;Ozticii buharla.$tumaktadtr?
(:Oziim.
Cah$ma .$ekli ve .$artlar $Ckil 5·34'de gOsterilmektedir. Verilen bilgiler sun-
lardrr:
t8
= 113,3°C
tF=38°C
XF=
x3
0,10
= 0,50
1 Bu tst transfer katsaytlan, doymu5 su buh~n temperatliril ile, evaporatOriin seperatOr bOllimlindeki basmc; altmda kaynayan ~Ozcltinin temperatilrti. arasmdaki fark esas altnarak hesaplanmt~lardtr.
267
266
Birinci ve ikinci tesirlerdeki !;Ozelti konsantrasyonlanmn diisiik olmast sebebi ile, kaynama noktast yiik.selisindeki de~i~me ~ok azdtr. COziimiin bu ktsmmda, temperatiir d~thmt i!Jin olduk!;a yakla:stk bir tahmin yeterlidir.
I
I
I
II
L m:
---- ~~ ~----~ ~ :SODOO L :F-V
:: ~----~~ L~=F-V -V
=644,4 ::113,3
1
r:=0,1 0 =38
tll
1
1 2
tLt
.•
lll'iincii tesir : r 3 = 0,50; H~aO'nun kaynama temperatiirii = 38,6°C; NaOH !tOzeltisinin kaynama temperatiirii = 77,6°C
Irinci tesir: :r.a = 0,2l;H20'nun kaynama temperatiirii = 66°C (tahmin olunan); NaOH !;Ozeltisinin kaynama temperatUrii = 73,8°C
,tl
l'inci tesir: r 1 = 0,134; H 120'nun kaynama temperatiirii = 93°C (tahmin olunan); NaOH !;Ozeltisinin kaynama temperatiirii = 98°C
3
:tL3
tx3=0,50 hJ=112,"3
TUm temperatUr diisiisii At = 111,3-38,6 = 74,7°C d1r. U~ kaynama noktast yiikseli~ sinin toplamt 51,8°C ve tiim faydah ~ah~ma temperatiir dii~ii~ii (farkl) At= 74,7-51,8 = 22,9 ::::::: 23°C dtr. Bir' ilk tahmin olarak, bu· temperatiir dii~il~linii evaporatOrlere ~u $Ckilde da&ttahm: At1 =6,7°C, At 2 = 6,7°C ve At3 = 9,6°C. Tahmin olunan $artlar, tablo 5·l"de gOsterilmektedir. Tablo 5 • 1. Ornek 5-S'in
Sekil 5- 34. <;ok tesirli evaporatOrli kapsayan klitle ve enerji dengeleri (Ornek 5-5). Su buhan tablosundan ve ~ekil 5-24'den 8$38,tdaki de~erler bulunur.
I Temp. •c I
hF =33,4 kgr.kal/kgr
H 3 =644,4 kgr.kalfkgr (buhar!~ma ISIS!= 53! kgr.k3lfkgr)
II, = 112,3 kgr.kalfkgr Seyreltik ~zeltinin ve buharla$an ~Oziiciiniin kUtlesi F = 5.000/0,10 = 50.000 kgr/saat
L, = 5.000/0,50 = 10.000 kgr/saat Buharl~an ~ozticii = 50.000-10.000 = 40.000 kgr/saat = V 1
+ v. + v,
Faydah temperatiir dii!iii$iinii hesaplamanuz i~in, kaynama noktast yiikseli$1erini bilmomiz gereklidir. Bunu hesaplamak i~in I ve Il'nci tesirlerde bulunan ~Ozeltilerin konsantrasyonlarmm bilinmesine ihtiyay vardtr. Tahminlerimize bir b8$1angt!t olarak I'nci evaporatOrdeki buharlru;mamn, tiim buharla$manm 1/3'iinden biraz az ve III'iincli evaporatOrde ise 1/3'den biraz duha fazla oldugunu kabul edelim. 40.000/3 = 13.333 kgrfsaat olduRuna gare, V 1 = 12.750 kgrfsaat, v. = 13.350 kgr/saat ve V 3 = 13.900 kgr/saat olarak alahm. Buna gOre a~a~ulak.i hesaplamalar yapthr. F = 50.000 kgrfsaat
v, =
rF= 0,10
50.000) - 0 134 r, = <0•10) ( 37.250 - '
v.=~
L,
= 23.900
v.=~ L, 10.000
=
113,3 6,7
lnolu evaporatOrde kaynama noktast ........................ Kaynama noktast yiikseli~i .....
106,6 5,0
U.nolu evaporatOre giden ll.f,
r•; (0,10) ( r3
= 0,50
~::) =
0,21
...............................
II nolu evaporatOrde kaynama noktasJ ........................ Kaynama noktast yiikseli$i ...... mnolu evaporatOre giden bubann doygunluk. tempera~
101,6 6,7
87,1 9,6
evaporatOrde kaynama noktast Kaynama noktast yUkseli$i .....
77,5 39,0
KondensOre giden buharm doygunluk temperatiirO
38,5
m nolu
0
h
(SlVI)
H
(buhar)
644,3
531,0
95,0
......................... .........
538
2,2
640,1
540,2
94,9 7,8
............................. ..............................
ll.t,
531,0
Gizli ve "'itrl lSI toplaun
A$tn Ist
buha~
nn doygunluk temperatiirii
tiirii
12.750
L, = 37.250
I nolu evaporatOre giren su buhart .......................... ll.t, ...............................
Gizli 1st
~Oziimti
81,7
546,8
4,4
551,2
638,8
112,3
576,6
17,2
593,8
..
632,7
268
269 $imdi
IS!
dengesine ait ejitlikleri yazabiliriz :
rnci tesir :
Tablo 5 - 2. Omek 5 - 5'in ~ozlimli
33,4 F + 53! S = 640,1 V1 + 95 L
II'nci tesir :
95 L 1 + 540,2 V1 = 638,8
l!I'ncrii tesir : 81,7 L, + 551,2
v, =
v, +
1
81,7 L,
Temp.
•c
632,7 V3 + 112,3 L,
L,=F-V,;L,=F-V,-V, ve'V3 =40.000-V1 - V2 oldugu i>in bu degerler yukandaki yerlerine yerle$tirilebilirler. Son iki Cl}itJik sadece vl ve V:z bilinmeyenlerini ihti~ va etti8i i!;in, bunlar bulunabilir. V1 = 13.700 kgrjsaat v, = 13.650, kgrjsaat
v3 =
13.150 kgr/saat (farktan hesaplanmtsbr)
Hesaplanan-ve tahmin olunan V1 ve V 2 de&erleri arasmdaki farklar, tahmin olunan kayna- ma noktast yiikseli1}ini hlikiimstiz; kdacak kadar yiiksek deSildir. Bunlan birinci e!1itli8e yerle1}tirecek olursak, 3$a&tdaki sonucu ~Ikannz.
S = 19.400 kgr/saat
A _ (531) (1~.400) 1 (6,7) (5 370)
, m' 286 3
A _ (540) (13 200) 2 -
363
(6, 7) (2.9~0)
A _ (551) (13.650) 3 (9,6) (1.950)
, 401 7
m•
At2
= 6,5°C
At, = 9,6
411,7 . -- = 11 °C 350
Temperatlir dli~li~Ierindeki bu ufak de8isme, kaynama noktalan yiikselisinde 0,5°C deM receden fazla bir de&isme meydana getirmez. Bu sebeple, kaynama noktalan yiikselislerinde yeniden bir diizenlemeye ihtiya9 yoktur. lkinci tahmin ve bununla ilgili sartlar, tablo 5-2'de gOsterilmektedir. lSI dengesine ~it C$itJikleri tekrar yazahm. 33,4F +53!
s=
640,1
v, +
95 (50.000:- v,)
95 (50.000- V1) + 539,7 V1 = 636,8 V, + (50.000- V 1 - V 2 ) 82,8 82,8 (5o.ooo- v,- V2 ) + 550,4 v, = 632,7 (4o.ooo- v,- v,) + 112,3 L,
Bu C$itliklerden son ikisini ~Ozelim. V 1 = 13.200 kgrfsaat V2 = 13.650 kgrjsaat V3
= 13.150
[ nolu evaporatOrde kaynama noktast, ························ I nolu evaporatOrde kaynama noktast yiikseliji,
............
5,0
nnolu evaporatOre giden buhann doygnnluk temp., ...... At2 ..............................
102,8 6,5
kgr/saat (farktan hesaplanm-I$tlf)
h
H
lSI
toplamt
0
531
- (SIVl)
(buhar)
531
644,3
95,0
537,5
2,2
539,7
96,3
640,1
82,8
7,8 88,5 11,0
III nolu evaporatOrde kaynama noktast, ........................ [Unolu evaporatOrde kaynama noktas1 ylikseli!}i,
4,4
546
639,8
550,4
77,5
............
KondensOre giden buhann doygnnluk temperatiirii
lSI
107,8
...
Tahmin etmi$ oldu&umuz I.:J.t de8;erleri dogru olmadtSt igin ,lSI transfer alanlan birbirlerine C$it 9tkmamt1}ttr. Yukandaki de&erlerin ortalamast 350 m:z dir. lkinci bir tahmin olmak. iizere At de8erleri ru,a81daki ~ekilde yeniden hesaplamr. 28o,s At1 = 6,7 ~= 5,5°C
113,3 5,5
III nolu evaporatOre giden buharm doygunluk. temp., At3 ...............................
m'
"'
Gizli ve
Mut 011n
I
[ nolu evaporatOrOre giren su buban .......................... At1 ...............................
IT nolu evaporatOrde kaynama noktas1, ........................ Ilnolu evaporatOrde kaynama noktast yiikselisi, ............
Simdi tst transfer alanlanm hesaplayabm.
Gizli
112,3
I
39,0
.....
38,5
576,6
17,2
593,8
632,7
Yukandak.i ~ittiklerin birincisinden kullantlan su buhannm kiitlesi hesaplamr. S = 19.340 kgr/saat
181 transfer alanlanm tekrar hesaplayalun.
A = (S31) ~19.340) I (5,5) (5.370)
= 348 m'
A = ~38) (13.200) = 372 m' ' (6,5) (2.930)
A, Ortalama
=~Sl) (13.600) = m• 349 (11) (1.950)
tSI
transfer alam = 356 m'
Tcsirlere ait 1s1 transfer alanlannm [email protected] deierden maksimum sapmas1, sadece % 4,5 oldugu i>in, problemin ~zlimil 'imdi daha do8rudur.
'-'
270
271
1 kilogram su buhan tarafmdau buharla§tmlan Qiiziicii kiitlesi 40.000/ 19.340 = 2,06 kgr'dtr. Bu, klSlm 5-45'de a91klanan genelle§lirmelere tamamen uyulmasi halinde, endiistride biiyiik hatalara dii§iilecegini gi:isterir. Gene! kaideden en biiyiik sapma, soguk besleme aktmmi I nolu evaporatiirdeki kaynama temperatiiriine kadar ISitmak i9in gerekli biiyiik miktardaki ISI sebebi ile olur. Ornek 5-5'1 9iizmek iQin kullamlari metod ii9 tesirden fazla tesire sahip evaporatiirler i9in 9ok zaman ahr. Bu gibi problemlerin 9iiziimiinde uygulanabi1ecek diger bir metod, yukandaki metodda oldugu gibi temperatiir dagdtmim tahmin etmek, fakat V1 ve V,'yi bulmak i9in birbirini takip eden e§itlikleri Qiizmek yerine, V, degeri iQin de bir tabmin yapmaktan ibarettir. Bundan sonra ISI dengesi e§itlikleri, her tesir iQin ayn ayn Qiiziiliir. Tiim buharla§ma istenilen miktardan az veya Qok bulundugu takdirde, V 1 yeniden tahmin olunur ve ikinci bir hesaplama yai:nhr. Temperatiir dagthmlan i9in yap1lan tahminlerin dogrulugu yukar1da oldugu gibi, lSI transfer alanlanm hesaplayarak kontrol edilir. A§agidakiiirnek bu metodu aQiklamaktacbr. Ornck 5-6. Ornek 5 - S'te hesaplanan lSI transfer alanlan, olduk!;a biiyiikttir. I nolu evaporatOre gOnderilen doymu~ su buhanmn temperatiirii 131,5 °C (yakla$Ik olarak 2,8 kgr/cm" mutlak) dereceye yiikseltilecek olursa, liizumlu tsl transfer ~llanlan hangi de~erleri ahrlar? Di&er bUtiin ~artlar Ornek 5-5'dekinin ayritdu.
(:llziim. I ve II numarah evaporatorlerdeki 91lzeltilere ait Dtihring do~rulannm e~im leri 45°'ye o kadar yakmdtr ki temperatiirlerde yaptlan ufak de£;i$meler, kaynama noktast ylikseli$lerinde Onemli bir de8i$iklik meydana getirmez. Bu sebeple, iiy kaynama noktas1 yiikseli$inin toplamt yine 51,8°C dtr. Tiim temperatiir dii$li$li 131,5-38,5 = 93°C ve hak.ik.t temperatiir dli$ii$leri toplamt 93-51,8 = 41,2 ~ 41°C dtr. tlk~-tahmin olarak bu 41°C cfereceyi evaporatOrlere $U $Ckilde daAttahm: .6.,t1 = 10°C, .6. t2 = l2°C ve A/3 = 19°C . Mevcut ~artlar, tablo 5-3'te gOsterilmektedir. Uygulanan metodun gereAi olarak V 1 = 13.200 kgrfsaat tahmin olunur. Bundan sonra lSI dengesi ~itlikleri, a.r.tAtdaki sekilde yaztltr. I nolu evaporatOrde
lSI
dengesi
519S + 33,5 F = 648 V1 + 108 (F- V1) Yukandaki
~itlige
V,'in 13.200 degeri konularak S hesaplamr.
s= n nolu
20.870 kgr.
evaporatOrde tst dengesi :
531 V1 +108(F-V1)=640V0 +91 (F-V1 -V,.) Yine V1 i>in 13.200 degeri konularak V0 hesaplamr.
. v. = m nolu
13.900 kgr.
546 V 0 + 91 (F- V1 ~iUiJ;e
V 0 ) = 633 V 3 + 112 (F- V,- V,- V3)
V1 ve V2 dei;erleri
v, =
yerl~tirilerek
13.600 kgr.
Temp.
oc
I nolu evaporatOre giren su buhan,
..........................
At,
...............................
131,5 10,0
Gizli
Aljm
181
181
519
0
Gizli ve ~In lSI toplamt
519
Inolu evaporatOrde kaynama noktast .......................... 121,5 Kaynama noktast yilkseli$i ..... ~0Unolu evaporatOre giden buhann doygunluk temp., ...... At,
...............................
116,5 12,0
nolu evaporatOrde kaynama noktast, ........................ Kaynama noktast yiiksel~i ......
104,5 7,8
lU nolu evaporatOre giden buharm doygunluk temp., ... At0 ...............................
96,7 19,0
III nolu evaporatOrde kaynama noktast, ......................... Kaynama noktast yiikseli$i ......
77,7 39,0
KondensOre giden buhann doygunluk temperatiirii ........
38,7
h (81Vt)
H (buhar)
650,5
108
2,2
529
648
531
u
91
542
4,4
546
640
112
576,6
17,2
594
633
V 1 + v. + V 0 = 40.700 kgr oldu~ halde, istenilen buharl~ma 40.000 kgr. dtr. Bu sebeple, V 1 i!;in yeni bir de8er tahmin olunur vc ilk tahmin olan 13.200 kgr /sa at de~eri 40.000/40.700 = 0,981 onmmda azaltllarak V1 = 12.950 kgrfsaat almtr. Daha once yapllIIll~ i$lemler, aynen tekrarlanarak s i!tin 20.600 kgr de&eri bulu~ur. Bu durumda VI, v2 ve V., "' deAerleri ahrlar.
v, = v. =
12.950 13.760
V,·= 13.470 40.180
evaporatarde tst dengesi :
Yukandak.i
Tabla 5-3. Omek 5-6'nm. 9llztimti
V3 bulunur.
Yukandaki toplam, istenilen buharl"'madan 180 kgr., diAor bir deyimle, % 0,45 fazla bulunm"'rur. Olduk~ iyi bir sonu~tur. Temperattir dal!Ihmlan, tst transfer alanlarmm hesaplanmast ile kontrol odilebilir.
273 272 At~
·
519 S U,At,
(519) (20.600) (5.370) 110)
199
m'
A = 531 Vt _ (531) (12.950) ' u,At, - (2.93UJ ll<>
195m'
A, ~ 5E_!f, U3 At3
203m2
Ortalama
lSI
(517) 03. 760) (1.950) (19)
transfer alam = 199 :::::::::: 200
5-54. Bubar l
695
m2
Ortalamadan maksimum sapma 5 TJil<, diger bir deyimle '% 2,5 dir
690
1 kgr su buhan tarafmdan meydana · getirilen ttim buharlru;ma:
685
4J.OOQ Buharl~ma = 2,),Goo= 1,94 kgr bulmr/li:gr su buhan
680
Elde olunan sonu!;lar, Omek 5-S'in sonul):lan ile ka~tlrujttnlacak olursa, daha yijksek temperariirde su buhan kullanmamn tesirleri hemen gOriilebilir. llk tesirde kaynama noktasz yiikseltilecek olursa, besleme akzmm1 lSitmak i!;in daha fazla su buhan kullamlmasz gerekir ve bu buhar, di&er tesirlerde herhangi bir i~ gOrmez.
5-53. Termokompresyonla evaporasyon. Tek tes.irli bir evaporator, iizellikleri suyun iizellikleri ile aym olan bir 9iizelti ile dolu bulunsun. Diger bir deyimle, 1 atm. basm9 altmdaki kaynama temperatiirii 100°C derece olsun. Bu evaporator 105,5°C derecede bulunan su buhan ile ISittlsm. Bu durumda faydab temperatiir farkt llt = 5,5°C dtr. Kullamlan buharm basmc1 0,22 kgr/cm• gey9 (1,26 kgr/cm• mutlak) dir. Su buhanmn entalpisi 64~,6 kgr.kaljkgr ve buharla§ma gizli ISIS! 536 kgr.kaljkgr dtr. I nolu evaporatiire giren seyreltik ciiz.eltinin kaynama temperatiiriinde oldugunu kabul edelim, bu durumda ~iizeltinin sadece buharla§ma gizli tstsma ihtiyaCI olacaktir. Giizeltiden 1 kgr buhar meydana getirmek i9in 539 kgr. kaloriye ihtiyac vardtr ve evaporatiirii terk eden huhar 639 kgr.kaljkgr degerinde entalpiye sahiptir. Kondensat 3°C kadar yo" gunla§ma temperatiiriiniin altma sogumu§ olsun. Bu durumda, 1 kgr su buhan lSI tran'sfer alamna 539 kgr.kal degerinde ISI verir, diger taraftan 1 kgr. coziicii buhanmn meydana gelmesi i9in 539 kgr. kaloriye ihtiya9 vardtr. Bunagiire 1 kgr. su buhan 1 kgr. 9iiziicii buhan meydana getirmektedir. Aida §iiyle bir soru ge. lebilir: Buhar santrahnda 1 kgr. su buhan iiretebilmek i9in 550 kgr.kal (kullamlan yakttm enerjisinden) sarf edecek yerde, evaporatiirden gelen buhan bastirarak onun entalpisine 3 kgr.kal ilave edip, hunu evaporatiiriin IStt!lmasmda kullanmak nicin yaptlmasm? Problemin yukandaki §ekilde ifadesi, onu en basit bir duruma sokar ve iltinci derecede iineme sahip bazt hususlan ihmal eder. Bununla beraber tek bir tesirden, 90k tesir ekonomisinin elde olunmast istenmektedir. Ara§tinlmast gereken ilk soru: 1 kgr buhan bastirabilmek i9in ne miktar enerjiye ihtiyac oldugudur.
'"' 67 !2
":::::-.
]! 570
"'0\
):.:::
665
c.
~
....."'c 660 lp
655
1,70 1,72 1,74 1,76 1;'ro 1,80 1,82 Entropi, Kgr.kay(KgrWC) $ekil S- 35. Buhar kompresyonunu g(isteren Mollier diyagramt: A, doym~ buhar; B, adyabatik kompresyondan (teorik) sonra buhar; c. hak.iki kompresyonran sonra bub~; D,E.F~ noktalan A,B ve C noktalan ile aym anlamdad1r, fakat buhar kaynama noktas1 yiik.selmest pteren bir ~ltiden tetekli:UI etmektedir.
zeltiyi terk eden buharm durumunu gostermektedir. Actklamast yapt!an met~ la buharm basurt!abilmesi, Mollier diyagrarm iizerinde ve yukanya dogru, duz bir do~ru boyunca ilerleri:tekle olur ve bastmlmt§ buhar a§lfl tsmmt§tlr. ~~a evvel a<;•klandt~I gibi a§ll'l ISIDm miktart, bir evaporatiiriin <;ah~ma temperatur l. (;otaltq -
Kimya MUhendisliAine Gil'~
F .18
274 farkmm At hesaplanmasmda biiyiik bir onem ta~1maz. Bu sebeple ~oziicii 'buharJ; doygunluk temperatiirii alan 105,5°C dereceye tekabiil eden basmca, diger bir deyimle 1,26 kgricm2 mutlak basmca bastmhnahchr. A noktasmdan diiz bir dogru boyunca yukar1ya ~Ikllgimiz zaman 1,26 kgrjcm• mutlak basmca ve 647 kgr.kaljkgr degerinde entalpiye sahip alan B noktasma ula~1hr. Bu sebeple, su buhar1nm her kilogramma 8 l.gr.kal ilave olunacaktir. Bununla beraber, hakiki bir kompresorle adyabatik ve reversibl bir bastirma y.ap1lamaz. Hakiki bir kompresoriin yetersizlig~ aym sonu9 basmc1 i9in, teorik degerinin iizerinde bir entalpi arti~I ~eklinde gosterilir. Kompreso. riin randimani % 70 ise, su buharma verilecek hakiki ISIDin degeri 8/0,7 == 11,4 kgr.kal ve bashrJhni~ buharm entalpisi 650,4 kgr.kaljkgr olmahd1r. Bu 1,26 kgr/cm2 mutlak basm9ta 20,5°C degerinde bir a§m IS!nmaya tekabiil eder. Bu durum §ekil 5-SS'de C noktas1 ile gosterilmektedir.
Yukandaki aQiklamalar, kaynama noktas1 yiikselmesi gostermeyen bir QOzeltiye aittir. Bu §ekildeki bir evaporatorde doymu§ sodyum kloriir. Qozeltisi kaynahlacak olursa, 9ozelti 1 atm basm9 altmda bulundugundan kaynama temperatiirii 108,4°C olacaktir. Bu 90zeltiden te§ekkiil eden buhonn durumu, §C· kil 5-35' de D noktasi ile gosterihnektedir. 5,5"C derecelik bir 9ah§ma tei;IIperatiir fark1 l!.t temin etmek iQin, ~oziicii buhanm doygunluk temperatiirii 108,4°C alan bir basmca, diger bir deyimle, 1,7 kgrjcm• mutlak basmca bast1rmak gerekmektedir. Adyabatik, reversibl. bastlrma i9in D noktasmdan ba~lamak, diiz bir dogru boyunca yiikselerek E noktasma eri~mek lftz1mdir. Bu, teorik olarak buhar1n her kilogramina 21 kgr.kal, 7o 70 rand1manh bir kompresor kullamlmakta ise 30 kgr.karverilmesini gerekli k1lar. Bu durumda, kompresiirii terk eden buharm entalpisL675 kgr.kaljkgr olur; buharm durumu, ~ekil 5-35'de F noktas1 ile gosterilir ve buhar 55,5°C degerinde a~m JSiya s~hip olur. Netice olarak, kaynama noktas1 yiikselmesi giisteren bir Qozeltiye termokompresyonun uygulanmas1, termokompresyon iQin gerekli enerjinin artmlmasJru liizumlu k!lar. Giinkii buhann bastmlmas1, hem QR\J§ma temperatiir dii~ii .~iinii ve hem de, kaynama temperatiirii yiikseli~ini kar~!layacak yeterlikte olmahdJr. BirQok ~ozeltiler iQin yalmz bu faktor bile, termokompresyon kullamlmasJna engel te~kil etmege yeterlidir.
5-55. Bastmna metoolan. Bastmru. konusunda uygulanan iki pratik metod vard1r. Sekil 3-43'te giisterilen tipte bir pistonlu kompresorle bastuma uygun degildir. Giinkii, bu kompresoriin hem kapasitesi dii§iiktiir ve hem de kendisi pahahd1r. Goziicii buhar1, §ekil 5-12'de giisterilen tipte iki kademeli buhar jeti kullanan bir ejektor ile bastmlabilir. Bu takdirde yiiksek basmQta bulunan su buhannm jeti, 90ziicii buharm1 evaporatoriin d1~10a ta§Ir ve meydana gelen kar1~nm yiiksek bir basmca bastmr. Bu durumda ejektor nozuluna (emzigine)
275 1 kgr yiiksek basmQtaki su buhan giinderilecek olursa bu, 3 kgr ~iiziicii buhanru bastmr ve boylelikle JSitmada kullamlabilecek 4 kgr bastmlm!§ buhar ele geQer. Bastmlmi§ bu buhar 90zeltiden 4 kgr Qiiziicii buharla§masma sebep olur ve bunun sadece 3 kgr'1 ejektor nozuluna geri gelir. Nozulu Qa!I§llrmak iQin kulla,. mlan yiiksek basm9taki buharm e§deger miktan ya evaporatorden almmah veya 90k tesirli bir evaporasyonda kullarulmahdir. Diger bir deyirale, 90k tesirli evaporasyonda QOZiicii buhanmn bir ejektor nozulu tarafmdan bastmlmas1 da miimkiindiir. Bu sadece, 90k tesirli evaporasyonda diger tesirler tarafmdan i§gal olunacak yerin ijacmini ,kii9iiltmek maksad1 ile yap1hr. Bu metodla gab§ma, ejektor nozulunun yeterli bir randimanla.c;ab~abilmesi iQin, olduk9a yiiksek basmc;ta (8,8 kgr/cm• gey9 veya daha fazla) su buharina ihtiyag gosterir. Uu du.rumda evaporator, dii§iik basmQtaki arhk buhar yerine, doil;rudan dogruya ana hattan alman buharla beslenir. Buhann bastmlmas1 konusunda uygulanan ikinci metod, §ekil 3-48' de gosterilen tipte bir santrifiij kompresor kullanmaktu. Bu metod, birQok uygulamada iyi sonug vermi§tir ve termokompresyonun pek 90k isteklorini tartlamen kar~I lamal.iadir. Boyle bir kompresor, ucuz elektrik kullanan bir elektrik motoru tarafmdan Qah§tmlmakta ise, iyi bir sonu9 almabilir. Gah§tlrma, buhar tiirbiinii veya ana hattan alman yiiksek basmc;h su buhan kullanan bir jenerator tarafmdan yap1lmakta ise, bu cihazlan terk eden tiiketilmi~ buhar c;ok tesirli evaporasyonda kullamlmahdir. Sonu~ olarak, ~u soylenebilir; kullan1lacak elektrik veya buhar kuvveti gok ucuz olmad1k9a ve termokompresyon uygulamasl biiyiik kil.r saglamad1kc;a, bu metod 90k tesirli evaporasyona tercih olunmaz. · Su soru halen cevaplandmlmaml§hr: 1 kgr su buhanm kul.lamlabilir hale getirmek i9in evaporatorden gelen buhan bashrmak ve bu sebeple 11,4 kgr.kal (baz1 hallerde ·so kgr.kal) sarfetmek varken, ni9in bunun yerine, aym miktar buhar elde etmek iQin buhar iireticisinde 550 kgr.kal sarfolunmaktad1r? Bunun ba§hca sebepleri ~unlard1r: (a) Bastlrma i§lemini ekonomik lolmak ic;in, termokompresorlii evaporatorler ufak temperatiir farkl ile Qah§mak zorundad1rlar. Simdiye kadar aQ!klamasmJ yaptlgJmJz termokompresorlii evaporatorlerde bu fark, l!.t = 5,5°C'dlr, halbuki 90k tesirli evaporatorlerde At = 55,5°C kadardu. Bu sebeple, tek tesirli evaporator 90k tesirli evaporasyonda mevcut ISltma yii· zeylerinin toplam1 kadar bir JSJtma yiizeyine sahip olmahdu. (b) Bastlrmak iQin kullamlan cihazlar oldukga pahahd1r. (c) Evaporasyonun ba§layabilmesi iQin gerekli '''• deslek buharma ihtiyaQ giisterir. Termokompresyonla c;ah§an bir evaporator soguk iken 9ah~tmlamaz. (d) Gozelti onemli miktarda kaynama noktas1 yiikselmesi gostermekte ise, bast1rmak i9in liizumlu enerji, c;ok luzh bir §ekilde artar. Evaporasyonda termokompresyonun uygulanmas1, kullan!l·an su buhannda onemli miktarda kazanc; saglamaktadir. Fakat A. B. Devletlerinde bu kazan~
276 277 cihazlar 1~m gerekli ioir kiZim masraflar sebebi ile ortadan kalkar. Termokompresyon, buhann pahah fakat hidroelektrik santrallerinden elde olunan elektrigin ucuz oldugu Avrupa memleketlerinde ~ok geni§ uygulama alam bulmu§tur. Biitiin Bat! Avrupada yabt, genellikle A. B. Devletlerinden ~ok pahah ve bnnun sonucu olarak buhar da pahahya mal olmaktadiC. Avrupa §artlan altmda (su buharmm pahah fakat hidro - elektrik santrallerinden elde olunan elektrigin ucuz oldugu yerlerde) termokompresyon pratik ve ekqnomik olabilir. Bu sebeple, Avrupamn bir ~ok fabrikalarmda termokompresyon tesisleri kurulmu§tur. A. B. Devletlerinde termokompesyonla evaporasyon; bugiin i~in ekonomik bir i§letme metodu degildir. A. B. Devletlerinde sadece baz1 ozel evaporasyon i§lerinde termokompresyonun uygulandigi goriiliir. Bunlardan biri turuncgillerden elde olunan meyve sulanmn evaporasyonudur. Bu evaporasyonun cok dii§iik temperatiirlerde yap!lmasi sebebL ile, su buhan !Sltma ortam1 olarak kullamlamaz. Su buhannm yerine amonyak veya Freon gibi diger bir madde, ISitma ortam1 olarak kullamhr. Bu durumda termokompresyon ekonomik bir i§letme metodudur. II'ci Diinya sava§I esnasmda ~ok say1da ufak termokompresyon iiniteleri yapiiiDl§ olup, dizel motoru ile ~ah§an bir santrifiij kompresore sahiptirler. Bunlar, deniz suyundan i~me suyu elde etmek maksad1 ile yap!lmi§Iardir. Bunlarm faydah yonii, yap!II§larmm cok basit olmasmdayd1. Gemi giivertesinden koluyhkla sahile indirilmekte, buhar iireticisine ve born donammma ihtiya9 gostermeksizin derhal cah§maya ba§lamaktayd!lar. Sava§ esnasmda 90k fazla kullamlan bu iiniteler, ban§ zamanmda pratik ve ekouomik degillerdir ve sadece 90k liizumlu olduklan yerlerde kullamhrlar. ADLANDIRMA A
= ISI transfer = Ozglil 1st = boru !rapt
=
= tsl
iletkenligi
= !rOzeltinin bo~alma debisi; q = 1st transfer debisi S = su buhannm debisi
boru uzunlugu
t = temperatU.r Jlt = temperatiir farkl U = tiim tst transfer katsaytst U
=
SlVl
aktm
htZI
V = buharm debisi W x
{3
= sabit
6 =zaman j.l.
p
= vislrozite = yoJunlult
Altlrklar gilr.: gorUnen anlammda
PROBLEMLER ~1. Tek tesirli zorlanmus dolqtm tipi bir .evaporatOr, % 50 NaOH ihtiva eden 10.000 kgr/saat debiye sabip bir !;Ozeltiyi % 70 NaOH konsantrasyonuna kadar deri!ik10$tirmektedir. Evaporasyon, barometrik basmct 762 mm Hg olan bu yerde 686 mm Hg'hk bir vakum altmda yaptlmaktadarr. lsttrna ortamt olarak 4,9 kgr/cm• gey~ basmcma sahip doymU! su buhan kullantlmaktad!r,
.
Evaporati!rUn li!m tst transfer katsaytsi 3.420 kgr.kal/(hr) (m") (0 C) dtr. Buna gore (a)
yi.izeyinin alam
C D F = besleme 'aktmmtn debisi H buhann entalpisi h = tSI transfer katsaytslj sxvmm entalpisi
k L
Yunan Harflerl
= su veya !rOzelti debisi = stvt fazm bile$imi; ~Ozlinenin ktitle fraksiyonu olarak
)' = buhar fazmm bile$imi; !rOzlinenin ki.itle fraksiyonu olar'ak
lUzumlu
lSI
.
transfer alanmt hesaplaymtZ ve (b) evaporasyona tlbt tutulacak
k~tm
rali!re 93 oc derecede girdigi takdirde, I kgr su bubarmm bubarlll!llrabilecegi hanmn l
evapo-
~
bu-
76 mm Hg basmcmda '% 70'lik NaOH !;Ozeltisinin kaynama temperatlirii 117,7°C dereeedir. '% 70'lik NaOH ~ozoltisinin 117,7°C dereeedeki enl!tlpisi 21!,3 l
!1-2. Ornek 5-5'de ad1 g~en evaporali!r sistemi Ztt abm prensibine gore beslearnekte vo evaporati!rlerin 1st transfer katsaytlart sirast ile !U dejierleri almaktadtr: (I) 2.930, (II) 2.930 vo (Ill) 4.880 kgr.kal/(hr) (m") (°C). Z1t abmla beslemenil> (a) bubar sarfiyall ve (bJ liizuntlu m transfer alam ilzerinde no gibi tesirleri olaeakllr.
!1-3. Omek 5-5 ve Problem 5-2'de kullantlan kondens5rlerin her ikisi de 21 °C dereeede bulunan au ilo beslenmektedir. Kullanthm konde..Or Zit akim prensibi ilo ~lf&ll ku· ru lip olup, her iki halde de konde..Oril terk eden su 3S,6°C dereeede buluamaktadrr. ~ yl!D!Il aklmdan- ztt yonlil aktma g~i!in, kondensOrde kullanilan suyun miktan lizerinde ne gibl tesirlori claeaktrr?
279
278 kada.rdtr. Buna gOre, problem 5-6'da adt fiattnt hesaplaymtz.
54. Sodyum sulfat ~Ozeltisini deri~ikle!,;tirmek ic;in kullamlan bir deney evnporatOri.inden, yapdan test ~alt!;>malan sonucunda a$a8;tdaki sonuc;lar almmt$tlr.
Test no.
I
2 3 4 5
Ba$1angtctan itibaren ge9en zaman, Sfl-3.1
1-3 3-5 5-7 7-9 9-11
ge~en
On tstttcmtn miisaade edilebilen maksimum
Fabrika deposunda, Ozellikled a$aii;tda ac;tklanan bir evaporatOr ile bir borulu kon5-8. densOr bulunmaktadtr. Bu evaporatOriin , % 5 organik madde ihtiva eden sulu bir c;Ozeltiyi % 20'lik ~tOzelti haline getirmesi ve kondensOriin, evaporatOrde tel):ekkiil eden c;Ozticti buharmt yogunla~ttrmast istenilmektedir. Yiizdeler aB:trhk yiizdeleri olup, deri~iklestirme esnasmda herhangi bir c;Okelme meydana gelmemektedir.
1st transfer katsaytst kgr.kal/(hr) (m2 ) ( 0 C)
2.737 2.723 2.552 2.440 2.298
EvaporatOriin tsttma ortamt olarak 1,34 kgrjcm2 geyc; basm9ta buhar kullamlacaktu. Fabrikanm bulunduB:u yerde barometrik basm!t 755 mm Hg (mutlak) olup, kondensOre giren sogutma suyunun temperattirii 21 °C derecedir. So&utma suyunun kondensOre giri~te maksimum htzt 3 m/saniyedir. Yukanda ac;tklamasx yaptlan, evaporatOr ve kondansOrden ibaret sistemin, maksimum kapasitesini hesaplaymtz. Bu hesaplamaya % 5'lik c;Ozeltinin debisi (kgrfsaat) esas olarakttr.
Verilen ISI transfer katsaytlan 2 $er saatlik test c;ah$mast esn~smda elde olunan ortalama de8erlerdir. 1st ttans'fer katsaytsmm 1.710 kgr.kal/(hr) (m2 ) (°C) de£;erine dii$mesi igin, evaporatOriin kag saat c;alt$masx gerekmektedir?
Asa8tdaki hususlar, gOz Online ahnmahdtr. 1. Yo8unl3$mayan gazlarm
S-5. % 15 $Cker ihtiva eden ve 49°C derecede bulunan c;Ozelti 60.000 kgrfsaat'hk bir debi ile dOrt tesirli bir evaporatOrii beslemektedir. Evaporasyonda C$ yOnlii aktm prensibi uygulanmakta olup, c;Ozelti evaporasyonu % 50'lik olarak terk etmektedir. Barometrik ba~ smcm 760 mm Hg oldlJ&u bu yerde su buhan I'nolu evaporatOre 1,8 kgrjcm.z geyJ; basmgta girmekte ve IV nolu evaporatOrde 660 mm Hg'lik bir vakum temin olunmaktadtr. ~eker c;Ozeltisinin k.aynama noktast yiikselmesi (lOx-0,5) (1,8 °C + 32) e~itli£i gerel:ince meydana gelmekte olup, x c;Ozeltideki ~ekerin a£trhk fraksiyonudur. Kaynama nOktast ytikseli!li o kadar ki.ic;il.kttir ki, geni&: bir basmc; arah£mda, kaynama noktast ytikseli~inde meydana gelecek deSi!;imler ihmill olunabilir. Bu c;Ozeltinin entalpisi, suyun entalpisine e~it olarak ah~ nabilir. Ist transfer katsayllan SiraSI ile (I) 2.320, (II) 2.075, (III) 1.510 ve (IV) 1.290 kgr.kal/(m12) (hr) (°C) dtr. Radyasyon yolu ile tst kaybt her evaporatOrde, tsttma alam yolu ile transfer olan tstmn % l'i kadardtr. DOrt evaporatOrtin tst transfer alanlan birbirine e~ittir. I'nolu evaporatOre gOnderilecek c;Ozelti, bir On tsthctdan gec;irilerek (I'nolu evaporatOrlin dt!iiDda yer alan ve 1,8 kgr/cm2 geyc; basmc;ta su buhan ite tsttilan) kaynama noktastnm 5,5°C derece alhna kadar mttltyor. Ztt aktmla c;ah~an kuru temas tipi kondens6r 21 °C derecede su ile beslenmekte olup, kondens6rii terk eden suyun temperatiirii, IV'nolu evaporatOrii terk eden buhann doygunluk temperatiirtintin 2,7°C derece altmdadtr. (a) Kullamlan su buhanmn ktitlesi ne kadardtr, (b) her evaporatOriin lSltma alam ne kadardir, (c) kondensOrde kullandan suyun mikd
2. Sistemin
1St
uzakla~tmlmast
ic;in, ltizumlu tedbirler ahnmtl):ttr.
kaybt, ihmal olunabilerek kadar azdtr.
3. EvaporatOrtin tstttctst ic;erisinde ve kondensOrde peratiiriiniin alttna soguma meydana gelmemektedir.
yo~unl
buharda, kaynama tem-
4. <;Ozeltinin kaynama temperattirii ytikselmesi, ihmal olunabilecek kadar azdtr. 5. Evaporasyona tabi tutulacak c;Ozelti, evaporatOr ic;erisindeki mevcut On tsttma ile kay nama temperatlirtine tstttlmakadtr _
~artlarda,
bir
EvaporatOr ile ilgili bilgiler lS1 transfer yiizeyi = 185 m" Bu evaporatOr ve organik c;Ozelti" ic;tn tUm tst transfer katsaytsJ
U: 89 ' 4 (Ts -
TB )'·'"
l'
U
= tiim
"' transfer katsay!Sl, kgr.kal/(hr) (m") ( 0 C)
T. =evaporatOr tsttlctsmda yoSunlasan buhann yogunla?ma temperatlirii,
5-6. Problem 5-5'de ac;tklanan evaporatOr, II numarah evaporatOrden alman buharla tstblan di8;er bir On tsttlct ile donattlmt!ltlr. Evaporasyona t5.bi tutulacak c;Ozeltl, Once bu tsttlctdan geyirilir ve bu esnada buharul doygunluk temperattiriinlin 5,5°C derece altma tsthhr. Sonra problem 5-5'de bahsedilen On tsthctdan ge~irilir ve burada da I numarah evaporatOrtin kaynama temperattiriinlin 5,5°C derece altma kadar tsttthr. Btiti.in di8;er !lartlar, problem 5-5'dekinin ayntdtr. EvaporatOrlerin her biri, problem 5-S'de aJ;tklandt8;t gibi, aym tst transfer alamna sa:hiptir. Fakaf saytsal de8;erler, problem 5-5'deki degerlere ~it de8;ildir. Buna gOre problem, 5-5'deki (a), (b), (c) ve (d) sorularmm cevaplanm bulunuz.
T n = ·~Ozeltinin kaynama temperatiirii,
u=
oc
c;Ozeltinin viskozitesi, santipuaz
% 20'1ik c;Ozeltinin viskozitesi, aym temperattirdeki suyun viskozitesinin 10 katt kadardu.
KondensOr ile ilgili bilgiler KondensOr borulan baktrdan yaptlmt!l olup, so&;utma suyu borulann
S-7. Problem 5-5 ve 5-6'da adt geyen evaporat6rlerde. kullamlan su ·buhan 1,65 kr!l/kgr; so8;utma suyu 39,63 kr!lfm3 ve evaporatOrlerin tsttma alam 815 TL/m'2 degerindedir. Sabit giderler (faiz, ktymetten dfuJme ve tamir) cihaz maliyet fiatmm % 20'si (her sene) I
.~
Borulann saylSl
= 96
Gec;i!l saytst
=
4
i~indedir.
L
280 Boru boyutlan
Uzunlulr.
=
D1~ ~ap
= 25
t~ ~P
3 m mm
=23 mm
Borulann d1~ yiizeyinde yo~unl34an su buhanmn lSI transfer katsaytst, sabit olarak kabul olunabilir. lsi transfer katsaytsmm deij;eri (borularm di$ ytizeyleri esas abnarak) 7.320 kgr.kal/(hr) (m') (°C) d1r.
5-9. Bir termokompresyonlu tuz evaporatOrU, gtlnde 200 ton tuz Uretmektedir. Evaporasyona ujratllacak ~Ozelti kaynama temperatlirlinde (108,4°C) olup, her tlirlli ISl kayhi ihmlil edilebilecek kadar auhr. EvaporatOr, ,1 atm (mutlak) basmg altmda !ialt$maktadtr. Evaporasyona t§bi tutulacak !;Ozelti (ajuhk olarak) % 25 NaCI ~tiva etmektedir. Kompreslir "% 70 rand1man~ sahip oldulU ve I kw-hr = 800 kgr.kal bulundulu takdirde, D.t = 8,3°C ve ll.t = 11,1°C dejerleri igin kompresOre verilmesi gereken kuvvet ka~ beygir sUcUdUr?
r II li
I
I
Solum 6 DiSTiLASYON
[I !! 6-1. Konuya girl~. Distilasz{on terimi, bazan 9ozeltiden tek bir kompo· nentin buharla§tmldig!_operasyonl.ar (orne"iin s~ distil;;y~~~) i~l~ de kull~ml~ maktad1r. Bununla beraber, bu terim genel ve yerinde olarak, h~~--;;je~ blr~s~v1 kar~§lffi!D buha;Ja§tlrlJmasi SOnUCU te§ekkiif eden ve buhar faz1nda birden fazla komponente sahip ;ian kan~i~iD..~bi; ;;e);~cdiliaT~~~,;: k:~;;;poneD.tinin s~fhalcle ~ elde edilmesi istenifen ope~asyonlar iGin kl!flamhr. Buna gBre, afkol-su kaC.§I· ~ ll11D.rnkoml'one.!!tJ.,!!_ne _ayrllll)as,_dTstila~yoni. !_,lzl~·· si.iy\ln~luz ve ~uyll aifiimasi, .~~ istenil~~YE>!'."e__yogunla§tmlan su b\lhf!II ise istenilenbir ~Oll1J20I1ent olsa _ dahi, I,i!~"vll.~~syondur. Sabun elde edilmesi esnasmda bir yan iiriin olarak ele geGen seyreltik gliserin \;ozeltilerinden, gllseriiiTn elcle edilll1esi operasyo· nu;;-cl;. iik·a:c~,,;,, ·bi;-e\'apora~yonclur. · <;iir!ku, bU: aJill1cla saclece . su ll1.lllal-la~mllk l:adir; gliserin ~buharia§maSiya -~ok az \'eyahi9yoktur. Lrretilnin bu-iO.snnna : gliserj,::.~!!)J-O;.as;;o;;:u··,;J, ..\'e;iiir \'e ah§ilmi§oTa7;;;\';1\)oratiirlerde yapllir. GB: ze)tideki .g!iserin k~nsa-;.,trasyonu y;kla§Ik,;lar;k-%SO cJe~erln..,. erJ§tJgizamaO, artik onemli miktarda gliserin buhar fazmda goriilmeyeba§lar ve basit bir eva_porasyon istenilen. ayirmayi yapamaz. Bu noktaya ula§Ildiktan sonra operasyona _g}i~erin dis>ilasyonu ad1 verilir. . · ··· ..... ·
Bir sivi 9ozeltinin (komponentleri SIVI ve UGncu) komponentlerini distilas-
y~mf\1~~~~~-~e!~ber, ekonomiGi;~cl~_n yetedi s.Ji,kta inad.: delerin iiretilmesi miimkiindiir. 6-2. Bubar • "'"' deugesi. Bir distilasyon probleminde .liizumlu temel "aii buhar.ve slvilazlararasindaki bilgi, distilasyona til.bi tutulacak
kan!;;ma
-c!~r!g;Ji~:-.A91kia;;:.ala;,n;;zcfa· ;adece-iki.koll1ponentten.ffieycla!i~~g~Ieil~ve:llei
- iki~ de n9llcu_o_!
282
283
t. t--
u
"
•
~
'"'....
t,
~
Ill
.Q)
a.
-r-- r--.
...... d
!"-....
•a
- -
.
'
............ •C
E Q)
............
1-
0
"
r-- '--r- \
ob
Y
X
JOO
-A komponentinin mol yuzdesi _$ekil 6 - I. Sabit basm>ta tipik bir kaynama nokt.., diyagrrun..
31 5 290 265
~
240 215 '-
.u 190
"'-..
....Ill 165 ~ ~
'::J
~
. a.
140
1-
115
Q)
E Q)
"
~ t-
"-
~
.......
..........
r----....
~--~~ r;l,d........_
t-..... JL.O Kgj,~~ nf ~:::,.. .~
"' 1'---
2'
70 Kgk em . .........
t--
..... ~
r--......t=::: ~
-...
r----....
90
-..........
I'..
" b-.
1::--..
""
~
~~
1'- r-- r-. -~
65 20
40
60
n- butamn mol ylizdesi
80
JOQ
6-3. Kaynama noktas1 diyagramlan. Sekil 6-l'de, As1_v1s1 (kaynama noktasi tA) _ile B SlVlSl (kay nama noktasl tn) _tarafmdan rneJeda,n_a,_@tir}!e]l_biitti_n kan~•mlarm, ~abit basmgtaki kaynama noktas1 ve d_engebile§irnilJ_flgintilar•~- _terilmektedj!. A SIVISI daha U9ucudt1!· Boyle bir diyagramda temperatiirler or. c!inat, ]:,ile§irnle_r ise a_bs!s e_!Qile1lt!.ere_aitb~ar _hasmc1 degerlerinden faydalamlarak, _kaynama noktas1 diyagrammm hesaplanmasl miimkiindiir. ]3u hesaplamalann esasm1 Roault kanunu te§kil eqer vemiilll: kiin olabilen konsantrasyonlann sadece bir k1smma, uygulan'!_bilir. !3\l_kanun, _bir kan§Iml te§kil eden komponentlerden birinin sabit temperatiirdeki k1sml Kay, Ind .Eng. Cltem., 33: 592 (1941) Robinson and Gilliland, «Elements of Fractional Distilation, » 4 th Book Company, Inc., New York (1950), bOliim I. t
.a
ed.~
McGraw-Hill
285
284 basmcmm, saf komponentin o temperatiirdeki buhar basmct ile mol fraksiyo=punun <;;a!Pt;:,;t;(l ~§it_ ~lduguni ifade ecl_er. !l!!. kap1Jna gore, _!Ilol fraksiyonun~n stftrdan birim degere degi§mesine kar§thk, ktsml baStn<;; stftrdan saf maddenin ·_lmhar basmc;na kadar deiii§ir. · · ·· Roault kanununu a<;;tklamak i<;;in, benzen-toluen kart§tmtm goz oniine alahm. Toluen 100°C derecede 556 mm Hg'hk bir buhar basmcma sahiptir. Ktsml -bast~<;;. bir diyagra~ ii;,rinde-bile§ime kar§tt ~larak yerle§tirilecek olursa, -,e§itli l:iiieiimlerdekCtoluen basm<;;Ian bir dogruclii~erbu . d~~~. saft~luen i<;;in 556 mm Hg' dan ba~layarak·~~f b;nzen l<;;in stftr degerine - uzan~r. Aym temperatiirde(ioooc)slif benzen 1350 mm Hg degerinde bir buhar
iizerine
kismf
ve
1400~---r---r------,,--,.-,-----,
hasmrma sahiptir ve benzenin losml basmct, saf toluen takdirinde _ stftrdan ba§layarak lineer bir §ekilde sa£ benzentakdirinde 1350 mm Hg'ya ula§tr. _Bu · durum §ekil6-3'de gosterilmektedir. Herhangi bir bile§imde_k~:toplll b_a_smi .o bile§imdeki iki ktsml basmcm topl;rmna e§ittir. Ktsml basm<;; <;;izgileri diiz dogruGr. ~ic!;;.gu zaman (Roauft kanunum• uYffiai. ~_p1u -ba~m9~"izgisLS:ar_ toltien takdi~lnde 556 -;;:,m Hg'dan ba§la)'lp sa£ benzen takdirinde 1350 mm H!U_!!_Xiik~len ir_do~rudur.Toplu basmcm 760 mm Hg oldugu nokta grafikten bulunur ve bu nok~ada stvinm hiie§imi. 0,263 m~l fraksiyonu. h,enzen_ ile 0, 737 mo:>l f~~siyonu .toluepden -ibarettir. Buha; fa~t;;;_-n ·bile§itni, -Dal_!on kanunu (1-5) ¥_ar_d_tnnile hesaj2lanan ktsml bastndardan hulu_nur. )3u d~u!"d>l E:==.:351_11l!D_!!gvetop!u__h'!~ -~,;;;; 760 m-;;,-:Hg-;,ldn~u l<;;ln, pnhar i>ile§imi y l£e11zllharfa~mdakLIDol fraksiy_o~ ·ssip_6o -v<;ya_Q,1§_2__c!ir. ~!'kil_6~l'de_ki__gi_l:,iJ;.ir c}jyagr>;~mda _lO!loC -derece i<;;in, ~v1 ell!is!_~erin!!eki_bir_noktamn absisi 0~263, \>y_har eg!isi. i!zeri!lc de ise 0,462 d!r. .)'ukartda~iJ>~~'!illJ!.I!la, A_k!>_'!!Ponenti {d!tha_ J19lll'_u)_i!ilir.
1000f----t---t--
(6-1)
_xukagdaki e§itlikte; _E4 , A komponentinin mol fraksiyonu x ola1!_s§zelti iize-. rindeki ktsml basinct; P" ise, 9ozelti teml!"t:,atii~ii!l~.ast~c!JI_t_gosteririer. Aytii§_ekilde-~;:;§.rndaki B komponenti i<;;in (6-2) yaztlabilir. Bu e§itlikte de; p 8 , _B.Jc.~ll1PQ,nentinin 9_!izel_ti iize~inde.!!!kar J>.aslDElcl1r· _1' -- tiim {total) basmCI gosterecek olursa, --- '
'
(6-3)
A komponentinin buhar fazmd~mol fraksiyontl y, ~ ~o':"p~n~ntjnin J
0,2
0,4
0,6
PA ~ PAX - PAX g--PA+Ps PAx+Ps(l-x) P
0,8
Benzenin mol fraksiyonu Sekil 6- 3. 100°C derecedeki nunundan hesaplanmast.
kart~tmtn, buha~
basmcmm ve -buhar
bile~iminin,
Raoult
k~
(6-4)
tid sa£ kompo..nelltill..k!!Y!!a!D_!l_l\.Oktal"!:'--'"asm!!_
287
286 ve SI\!1 e~rileri iizerindeki noktal_ar_hesaplanabilir. }ki saf komponente ait buha! basmc1 e~rileri elde mevcut oldu~u takdirde, kan§IIDin Roault kanununa uygunlu~u giiriilebilir. Bu i§i analitik olarak da yapmak miimkiindiir. Giinkii, herh,;n::gi bir temperatiir·i~in X, (6-S} numarah e§itiikten ve x'in bulunmasmdan sonr; ·da y, (6-4) numarah e§itfikten hesaplanabilir. <;iiziim, daha once a91klanan metod uygu!anarak, grafik ile de yapilabllir. .
115
11
0"\
105
Tablo 6- l a. Omek 6-l i!;in deSerter Bubar bastnci, ..nm Hg
""I\' " \.
100
Temperatiir °C
Toluen
Benzen
'\
.u
- 95 ~
80,4 82,0 84,8 88,0 90,8 93,0
':::>
760 811 882
314
957
378 414
345
1037 1123 1214 1310 1412 1520 1625 1756
95,8 99,0 101,8 104,0 106,8 110,0 110,6
452
"" """ \
!~ 1J
"'E 1"'
a.
I"' "'
~
~
90
494
""'
538 585
1\.
85
635 689 747 760
0,2
0,4
~ ~
0,6
Benzenin mot fraksiyonu
Hg total bastn!;ta, kaynama noktas1 diyagrammt hesaplayiDIZ ve 9iziniz. Bir seri temperatiir se9ilir ve bu terrtperatiirlere kar~1ltk olan P A ve P B de&erleri (6~3) numarah ~itliAe yerle$tirilir. Orne8in, 82°C derecede
Tablo
Pn
PA = 811 811 x
+ 314
(1-x)
= 760
= 314
X=
0,897
Buhar bile$imi (6-4) numarah e,itlikten btilunur.
Y=
1811)(0,897) 760
0,958
Di~er temperatlirler i9in yapllm1~ benzer hesaplamalaran sonu!;lan tablo 6~1 b'de gOsteril~ mektedir.' Elde olunan de~erlerle ~ekil 6~4 meydana getirilmi~tir.
6~1
b. Omek 6-l'in
~ziimii.
TemperatUr
X
y
84,8 88,0 90,8 93,0 95,8 '99,0 101,8 104,0 106,8 110,0
0,7730,659 0,555 0,459 0,370 0,288 0,211 0,141 0,075 0,013
0,897 0,831 0,757 {),678 0,591 0,496 0,393 0,281 0,161 0,031
•c
\ ~
0.8
tlrnek 6-1. Ben'len ve- toluenin buhar basm~lart tablo 6-1 a'da verilmi~tir. ·Benzen:toluen kart~tmtmn Raoult kanununa uyduj:unu kabul ederek, bu ~S6zelti i9in 760 mm
c;oztim.
.
~
288
289
_}til_~l,!l!Jirbirlerin!' ~ok J:>ei!zeyen_v!' mqlekiilleri arasmda kar~Ihlilir. ]3enz;m, toluen kan~1m1 Raoult kanununa ~ok iyi uyar. _Diger taraftan alkol ve su, asetik
_(XAs
_asid ve su, '!letanol_ve aseton kan~Imlan ise buna uymazlar. !'_ratikte kullanil]!n kan§Imlarm ~~gu, ~ veyasok bu kanunclfl!!_ sap<:l!1!'r.
x
Raoult kanunundan sapmaya ornek olarak, bir~ok sistem arasmdan biri gosterilebilir. Sekil 6-5'de giisterilen, aseton- karbon siilfiir sisteminin 37,2"C' daki durumunu goz online alahm. iki komponentten her birinin kisml basm~ lan, kendilerinin sivi fazdaki mol fraksiyonlarma kar~It olarak yerle~tirilmi~tir. Elde olunan egrileri, ~ekil 6-3 ile kar~Ila§tiracak olursak, bu kari§nrun her iki komponentinin de (§ekil 6-5'de diiz dogrularla gosterilen) Raoult kanunundan iinemli derecede sapt1klan giiriiliir. Diyagramm orta kiSinmda biiyiik bir sapma goriilmesine kar§Ihk; her iki komponentin kisml basm~lan, yiiksek safhkta kari§Imlar i~in Raoult kanunu dogrusu ile ~aki§Irlar. Bu ~ok gene! bir haldir ve _«Rao•IlLJ
= B komponentine oranla A
komponentinin relatif u<;uculngu
Y = _!>uhar fazmda komponentin mol fraksiyonu
= SIVI fazda komponentin mol fraksiyonu
J.ki_komponentten meydana gelen sistemle; i~in, y 8 _ 1- YA ve x8 = 1-xA' du. Sembol altbklariru terkederek, bu degerleri yukand~-e§itlikt;;" y~rlerhi;, koyalnn. ·
(6-6) Sivi faz Raoult kanununa ve buhar faz1 Dalton kanununa uyacak olurlarsa, .
~
-
~-- ~<·~---·-
---- ---
~
~-~--
ve
-~·-
-~-~
.
----.
l-g= Pa(l-x) p
Bu degerleri (6-6) numarah e§itlige yerle§tirelim.
~Ikarilmamahdir. 'i
'I
, 6-6. Henry kanunu. Raoult kanununa olduk~a benzeyen diger bir kanun, Henry kanunu diye .bilinir. Bu kanuna gore, ~iizelti fazi iizerindeki gaz - fazinda bir komponentin lasml basmCI, komponentin ~iizelti fazindaki mol fraksiyonu ile orantJhdu. Bu husus, a§ajp.daki §ekilde belirtilebilir. · PA
SIVI
0,2 q3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 \0 fazda cs2 nin mol fraksiyonu
Sekil 6-S. Aseton-karbon siilftir sisteminin 37,2"C'da kJSml . 6-S.
Reliitif usucnJuk.
Bir
SlY!
bason~ e~rileri.
faz ile dengede bulunan buhar i<;in, A '
ko~()n;;;R~~~ntille_or~Pla~~ellitii.fiQ,)c;J!lJgY~ E-~afu jaki ~§itli_klebelirli k1h!ll!: __
(6 5) Bu
e~itlikte
:
= Cx
(6-7)
Bu e§itlikte PA , A komponentinin mol fraksiyonu x o1an 9i'>zelti iizerinoeki lasml basmc1 ve C, Henry kanunu sabitidir. C'nin ancak sabit te~peratiirde sabit oldugu kesinlikle· siiylenebilir. (6-1) ve (6-7) numarah e§itlikleri kar§Ila§tlracak olursak Raoult kanununun, Henry kanununun iizel bir bali oldugu giiriiliir ve (6-7) DUffiarah e§itligm sabiti, saf komponentin buhar basmci olur. Sekil 6-5'i giiz online alahm. Her iki komponentin k1sml basm~ egrileri, konu olan komponent konsantrasyonnnun dii§iik oldugu biilgede, hemen hemen diizdiir. Henry kan9nunun uygulanmasi miimkiin olan bolgede, temperatiir de.gi§imi <;ok azdu ve bu sebepten, C'nin sabit ohnas1 i<;in zoruulu §artlar ger~ek le§ir. Henry kanununa olan bu uygunluk, genellikle dogrudnr ve ~ozilnen kom· ponent az miktarda oldugu zarnan, <;ozelti Henry kanununa uyar. Diger bir deyimle. .:_Hen!Y_kanup_u <;Ozilnene nygulan1r." Henry ve Raoult kanunhirmm ne nisbette uygulanabilecegi hususu, her hal i<;in deneysel bir' problemdir. 1. Cataltftf -
Kimya
Miihendisli~e
Girl$
F.19
291
290
f: teo\:r-Jpk 6-7. Sabit kaynayan lil!r1!'!, !:le_ki{{i:(j_ _kloroform- aseton_~stt'!minin Jay!l~ma noktas1 diyagramm1 giistermektedir. _a noktas1 ile giisterilen kan§Im, ]:>u ik~ komponentin te§kil ettigi kari§Imlar iqe:
80
/,
r-....
............ 1\ 1'-.75
\
'\,. u 70 •
70
,......
'::J
I I I
~
65 ·U
•
-"' ~
~-
60
r
~
"'E
CL
~
-
/
~
55
50
i
1-
I
~/ i
;::J
20
~
I
I
i
I!
I
I
40
I
I
a'
'C
40
20 Benzenin
!
50
80
100%
/
Kloroformun mol ylizdesi . §ekil ~ : -~· _ :M;~~l!~--~¥_J)._~_I}.___ t_C?_r;t~~!-~~- _$§ste!_C:E._~!. ~aiJ~_III_l!l! ( 1 atm. basm9ta kloro-
I
100
mol yiizdesi
1.0 oy,
:a
(
80
50
Sekil 6 ~ 7. Minimum kaynama temperattirii gOsteren bir zen·etil alkol sistemi) kaynama IlOktaSI-d~fYa&~am;::----------
i
b
I I
' ''
"'
v
I
I I
1-
'I
ic 0%
"''
1;; 55 CL E
/_
J I
: t---
I
~
I
"" "' "" 1;;,
/
I
v
~-~~}fl~~
(1 atm.
basm~ta ben~
.....
I
form-aseton sistemi) kaynama noktast diyagramt.
I
_ri~!ll..c!" en y_iil5~l<_!
1/
I
_a.,,;,~k~,:: ~t!$ihi~"-n~.;.I~ar."-~~z;;iT;;u_oo!/~;~~fi'¥_;a:z;,otropik fir].,J<~Ilr .:a,·'!~--
I
rilir. iki_k()lllponen_ti ~i~!i!asyoE~_l?_i':_[)irbirin_ olmas•- gerektigini belirtmi§tik. Buna gore, sabit kaynayan kan§Imlar distilasyonla sa£ komponentlere aynlama~lar-:-Bunda-;;_·-ba§k;., boyle sabit kaynayan bir kan§Imm bir yanmda bulunan kari§U~I (~ekil 6-_6 ve 6:t
.
I
x, 0
1.00 x, A komponentinin SIVI fazdaki ---- -----_mol-fra~siy~ii\J_~ --
292
293
~a, sabit kaynayan kan~1mm bile~imi degi§ebilir. Bu prensipten faydalanarak at_ · mosfer basmCJ altmd'a distillenemeyen sabit kaynayan kan§unlan, basmc; veya vakum altmda distillemek mfunkiin olur. tkiincii bir komponenti kan§Jllla M.ve ederek de, aym sonug elde edilebilir.
1
Denge diyagrmnlan.
Distilasyon problemlerinin incelenmesinde §ekil 6-1, 6-6 ve 6-7'nin basitle§tirilmi§ bir §ekli ekseriyetle kullamhr. Bu gibi basitle§tirilmi§ diyagramlara SlVI- buhar denge diyagrarnlan ad1 verilir: _Bunlar sabit basing altmda dengeye eri§mi§ SIVI ve buhar fazlarmm bile§im bagmtllaruu gosterirler. Sekil 6-8,§el
Sekil 6-10, §ekil 6-1'de minimum kaynama noktast gosteren benzen. etil alkol sisteminin denge diyagramldlr.
~~>:'~rna nC:ktast diyagram1 elimizde bulunursa, bundan faydalanarak denge egrlSlm kolayhkla c;izebiliriz. Bunun igin gerekli ilk husus, bir SIV1 bile§imi segmek, bu noktadan kaynama noktas1 diyagrammm ilk egrlsine bir d1kme glkmaklir. Dikmenin SIVl faz bile§im egrisini kestigi noktadan buhar faZI
1,00
L1
1
0,80
0,60
c-
I ~--
-- - I~
0,4 0
i/,
"' 0
EE ~
0
0
~
0,20
0
52
~
·§
I/t7 I/ [/
1,00
I~
~v 00
v i/ 1/
1/
L1 v
0,8 0
c
l;::J § 0,6 0
v
- - --
ns,..,
I I
~ .::: 0 40
I
I
L..-
ns o
..cE ::J
I
I
m
I
I
'
J
0,20 I
v
I I
I I I
1/
1/
I
I I
I I I
[,./
I
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
x,S1v1 fazda benzenin mol fraksiyonu
I
1,00
Se1cil 6 ~ 9. Maksimum kaynama noktas1 gOsteren sistemin (kloroform as.eton sistemi 1 atm.
~
I
"iii N~
lF
-
V: -v v v v
-g
0,2 0 0,40 0,60 o, 80 x, Klorofor mun s1 VI fazdaki mol· fraksiyonu
v
~
Q)
N
1/v
Sekil 6- 10. Minimum kaynama noktast gOsteren sistemin (benzen-etil alkol sistemi 1 atm. de) denge diyagramt. '
R
de) dengc diyagram1.
iie dengededir. Sekil 6-9, §ekil 6-6'da gosterilen kloroform- aseton sisteminin denge diyagranudrr. Bu diyagramda denge egrisi, 45° egim ile gizilmi§ olan ko§egeni bir noktada kesmektedir. Kesi§me noktas1, sabit kaynayan karl§IUU gosterir ve bu noktada s1v1 faz bile§imi (x), btihar faZI bile~imine (y) e§ittir: 1
perry, sahife 630
bile§im egrisine kadar uzanan ve absis eksenine paralel olan bir dogru gizilir. Sonra, bu dogrunun buhar fazt bile§im egrisini kestigi noktadan, absis eksenine bir dikme inilir. Bu suretle, bile§imi x olan SIVI fazla dengede bulunan buhar fazmm bile§imi y bulunmu§ olur. Omek 6-2. Ornek 6~l'de verilen bilgilerden faydalanarak benzen-toluen sistemi i!;in denge diyagramtm ~iziniz. -
COziim.
r ve Y i9in verilen deE:erlerden, .,ekil 6-ll'deki denge diyagramt
~izilir.
295 294
~ 1,0
, ""' L,;
0
til ~0
-o
Ill
8
;/
'
c-"' - {!! N'>-Q6
_,_ro ' 0
~ Eo ro ' .cc
IJ
4
v
1/
'c- 1-
.,
:>·co ~0 2 / • I:! ' »., I
komponentinin bu karl§lmdaki mol fraksiyonu da "• ols'Il!: 1 ~l_lgey(l_ula§!Dl§ . ~istemden _V mol buhar_te~ek~ii!__.,dip, ~stemin di§ma ahnml§ olsun. Bu arida _stvi fazda A komponentinin mol J!1'.h!Yonl!£Y!' _bull!!!' f~l]lia=d~-Y.Ql~li!l- ;Ba~ _Engt~ta_\'I:'.X. '!'2L!_kolllJlOI_I'!'Jl()'!a§lal!gt~takJ .. moLs_ayiSI, buhar. ve. siVI. fazlardaki mol sayilarmm toplamma e§ittir. .. . . . W.,x,
.n
0,2 0..4 0,6 0,8 1,0 x, S1v1 fazda benzenin mol fraksiyonu
6-9. Distllasyon metodlan. Distilasyon, pratikte ~u iki esas metoddan birinin uygulanmasiyla yap1hr. tik metodda, ~ynl_!ll":~~~~t""nil Bzel ad1 ile bilinir.
6-10. Denge distilasyonu. Rektifikasyon ihtiva etmeyen iki onemli distilsavon tipi vardu. Bunlardan birincisi, denge veya flas distilasyonu ve ikincisi ·de basit veya diferansiyel distilasyon adtm ahrlar. _!le':ge_rr~~~ siVl kan~tmmm belirli bir k1sm1, bir tank i~erisinde ~uha_rla§tmhr; ~uhar faz1 -siVI f'a:da temasta \),r;kilarak, f.:Zlarm denge durumunaer!§mele_ri_ sagl11..mr; ·buhar £~, ai,,_;~~ -;e~birOkondensBrde yogunla§tmhr. Bu sebepten, ~perasyonun -s~llllnd~-.-;;.··ve buh~~ fazl~nllm bil.,-~in-de~i-ar~smdaki bagmti, denge diyagra-mt ile gosterilebilir. A ve B komponentlerin~n me_y_d":na ~l!Di~ !_!
= Vy + (W,- V)x
(6-8)
_Bu e§i~lik, daha u~ucu kompo':entin kiitle dengesidir. (6--8) numarah e§it· likte :ki bilinmeyen vardtr. Bunlar ;t ve y dir. B\1 e§itligin ~i:iziilebilmesi i~in, bu iki bilinmeyen ile ilgili ikinci bir bagmtmm mevcut olmas1 gerekir. Bu bagmti, denge egrisinden ~Ikanlabilir; x ve y hem yukandaki e§itlige (6-8) ve hem de denge egrisine uyacak §ekilde segilmelidir. (6--.8) numarah e§itlik bir dogru denklemidir, dogruyu denge diyagram1 iizerine ~izecek olursak, dogru ile denge egrisinin kesi§tigi nokta bize istenen bagmtiyi verir.
. 6-11. DHeransiyel distililsyon. Diferansiyel veya basit distilasyon metodunda, s1vi kan§Im kaynatiiarak buhar iiretilir, iiretilen l:mhar stvt fazla.ie.mas: da-btraktlmaz- vete§ekkiii'eder' etmez yo~unla§brill1':w; mof'karl§lffi distilas· yon kolonunun lluharla§tlrma-tanlal1da mevcut bwunsun. Distilasyon esnasmda (herhangi bir anda) buharla§tlrma tanklnda bulunan ·SIVl kan§Im miktart '\V mol-gr olsun. ~u anda stvt faz Qile§imi x, buhar faz1 bile§imi de y bulunsun. A komponentinin stvt fazdaki tiim miktan Wx olacaktu. dW kadar az bir s;Vl kart~m -biili-arla§rru§ ol~un: :Builarla§ma esnasinda- sw1. faz bile§imi. den (x- d.x) degerille, S!Vl 'fazm mol sayiSI da W'dan (\V.:..... dW) mole dii§er. Bu· . harla§tinctda. (x- dx)(W- dW) mol A komponentf kahr·. Dl~er taiaffan ydW mol btlharla§tlrtCidan uzakla§tmlnu§ olur. A komponentini -esas alan kUtle den: _gesi e~I~ligi, a§ag1d~~ §ekild~_u:wur:
x
-·
xW = (x-d.x)(W -dW) -
""
··---~-·
+ ydW-
{6-9)
(6-9) numarah e§itligi agahm,
xW = xW -xdW
+ d.xdW- Wd.x + ydW
(6-10) numarah e§itlikte ikirlci dereceden bir diferansiyel vard1r ve bu ihmill edilebilir. 1 Bu husus, mik.tarlar kgr ve fraksiyonlar, aSnhk fraksiyonu olarak ifade edildikleri hal 'il'in de doArudur.
297
296 Bu durumda e§itiik, a§agtdaki §ekli ahr:
dW
dx
{6-11)
W -g-x
(6-11) numarah e§itligin sol tarafi W, (ba§langtQta mol saytst) ile W, (sonuQta mol sayiSI) limit degerleri arasmda, sag tara£1 ise x0 (ba§langtQtaki mol fia:k-siy.;-nu) ile x~ (s~nuQta mol fraksiyonu) limit degerleri arasmda entegre edilecek olursa, (6-12) numarah e§itlik dogar.
!.
Wo --=In-= dW Wo . /,"'" _.!!3._
Wt
W
W1
kolon iQerisinde buhar fazi_~~ag•_c!.:n_Juka:~l.',"_¥.~~-s~irken, ~IVI "fa':_yu~~ndan -~ai£1 y~-
~
(6-12)
x 1 Y-X
f-
/
.
(6-12) numarah e§itlik, Rayleigh e§itligi olarak 'bilinir. Denge egrisi x ile y arasmc!.aki ba!Qnt!lart verdigi i9in, rf"iuharla§ll~ICI, !?_u lasunda kart~t!r! buharlait',;,J~I.'; · (_!;)r~ktifikasy.;-~ kolo~u, _b~ 1 cFraksinasyon• ve crektifikasyon• terimleri kan~tkhklara sebep olacak ~eJtilde kullamlmaktadtr. Fra.ksinasyon daha esk.i bir terim olup, reaktifikasyona nisbetle daha kaba aytrma yapan bir distilasyon metodudur. Bununla beraber bugiin dahi petrol endiistrisinde kullan.Ilmak.ta ve distilasyon kolonu yerine, fraksinasyon kolonu denilmektedir. Di~er taraftan di~er endfistri kollannda aym operasyona rektifikasyon adt verilmektedir ve bu terim ilk defa, alkol endt.istrisinden do~mu~tur. Distilasyon kolonunun tiimlinde meydana gelen olaya rektifikasyon denilmekle beraber; bit terim bu giin daha ~k. besleme aktmmtn girdiAi raftn iistiindeki kolon ktsmt i~in kullantlmak.tachr. Sonuc; olarak bu terimlerin kullamh~l, daha ziyade a endiistri kolundaki ah~kanhkttr denilebilir.
~~
->
iii
c
0 0
-"'
u
151
(<;I kan)
_f.-
riflaks "
bas urun
~
nl
.L:
:::>
..Cl
distillene cek kan :;1m 1 s1 (giren )
buharlastmc1
laban i.iri.inu
Sekil 6 - 12. Buharla~tmct, rektifikasyon kolonu ve kondensOr.
_ginle§ir. Rek_tifikasy_uh;;-f~,,;daki yiiksek 'kaynayan komponent yogu!]la§~rak -~ 1v 1 faza kat1br. Kolonun ba§ lasmt, taban ktsmma oranlasoguktur. ~u sebepte_n, -s1v1 faz a§agtya -indikge tstmr ve buhar faz1 yiikseldikQe.sogur. 13_uhat; ve stY] .. fazlarmm. birbirleriile temasa gelll}esi_s_o!]usu, fa:~:Iac_a!:aSII]<:j_a_l
298 299 Hafh k~l~n~ar ise, elek (veya delikli) rafh* ve kampana rafh** kolonlar olarak a) roca 1k1 tlpe aynhrlar.
ve baglayici c1vata (E) yardimi ile emniyete almmi§tlr. Bu ba§hklarm yan yiizeylerinde dii§ey yank veya delikler vard1r. Bir alt raftan yiikselen buhar, list raftaki klsa nipelden ge~er, ba§hk tarahndan yolu degi§tirilir, yank veya deliklerden gegerken habbecikler haline diinii§iir. Ba§hgm yank veya delikleri SIVI seviyesinin altmda kalacak §ekilde, raflarda s1vmm birikmesi gereklnekte-' dir. Bu lmsus, SIVI gegi§ borulan F ve G tarahndan meydana getirilen savaklarla temin olunur. Ost taraftan gelen ge~i§ borusu G, §ekilde goriildiigii gibi, alt rafta toplanan SIVI tarafmdan kapatilmi§tlr. Bu sebeple, g~i§ borulan yolu ile bir raftan diger rafa buhar ta§mamaz. SIVI, ge~i§ borusu yolu ile bir iistteki raftan alttaki rafm bir yamna gelir, o rah boylu boyunca ge~er ve rafm diger yanmdaki geQi§ borusunu a§arak alttaki rafa akar. Sekil 6-13 kampanah rafm biitiin inceliklerini gostermekten uzaktJr. Hahn kalona baglam§ §ekli hakkmda hi~bir §ey goriilmemektedir. Hahn kenarlan nil.dir olmakla beraber, kolon govdesine kaynakla baglanabilir. Haf, kolon giivdesine kaynaklanmi§ bir ~embere c)vata ile tutturulabilir. Haflar, sabit civatalarla birbirlerine baglanabilirler. Kolon, biiyiikliigu ,ve s1k s1k tamirat gerektirip gerektirmemesine gore, ~ok degi§ik yap1da olabilir. Bubar yolu nipeli §ekil 6-13'te gosterildigi gibi, rafa a~Ilm•§ deliklere gev§ek bir §ekilde baglanmi§ olmay•p, rafa s1kiCa sardmlmi§ veya kaynaklanmi§tlr. Kampana §ekil 6-13'te gosterildigi gibi, baglayici cwata ile veya yanlardan kampanamn hareketine imkil.o verecek §ekilde, tutturnlmu§tur. Bu hususta da degi§ik yaplli§larla kar§Ila§Ihr. Kampanalarm yap!li§mdaki basitlik ve degi§tirilebilmelerindeki kolayhk, bir tercih sebebi olabilir.
Sekil 6 · 13. Kampana rafh kolon yaptst: A, raf; B, buhar ge~i$ yolu (nipeli); c, kampana; tutucu a~ak; .E. bajlayiCI ctvata; F, SIVI faz gidi$ borusu (alt rafa giden); G, s1v1 faz geh$ borusu (ust raftan gelen).
I?·
.Kampana raflt kolonlar. · Kampana rafh bir rektifikasyon kolonunun yap151 ~emahk ol~r~k ~ekil 6-13'te giisterilmektedir. Hektifikasyon kolonu yatay raflarla (~) bolumlere aynlmi§tir. Her rafta belirli say1da k1sa nipeller (B) vardir. Her mpel kampana §eklinde bir ba§hk (C) ile iirtiilmii§tiir. Bu ba§hk, ayak (D)
* Sieve plate column. ** Bubble - cap column.
6-14. SIVI ge~~ borulanmn tiplcri. Sekil 6-13'te gosterilen ge9i§ borulan oldukGa az s1v1 alnm1 temin ederler. Yiiksek aklm h1z1 iGin, §ekil 6-13'teki G ve F ge~i§ bornlan yerine, §ekil 6-14'te a ve b ile gosterilen 9aprazlama yerle§tirilmi§ dikdortgen savaklar kullamhr. Orta kapasiteli kolonlarda en Gok, bu tipteki aklm diizenleri ile kar§Ila§Ihr. F rafma, kampanalarm yar1klan SIVI seviyesinin altmda kalacak yiikseklikte bir G savag1 konmu§tur. Bu savak G, alttaki ~afa kadar devam eder ve H rafmda I savag1 tarafmdan kapamr. S1V1 faz F rafmda sagdan sola dogru akarak, raflan boydan boya ge9er ve savaklan a§arak akar. Bu tip akun diizenine gene! olarak qapra::; ak1m ad1 verilir.
Sekil 6-14 c ve d'de degi§ik bir savak diize'li goriilmektedir. K rahmn ortasmda iki merkez savag• J, vardir ve bunlar M rafmm ortasma kadar devam ederler. K rafmdan L savagmi a§arak M rafma gelen SIVI, N savaklanm a§arak o raf1 her iki yiinde boydan boya gec;er ve P savaklan yolu ile bir alttaki rufa akar. Aklm K rafmda gevreden merkeze, M rahnda ise merkezden r,evreye dogrndur. Bu akun diizeni, genellikle a1Jrdm1~ ak1m adm1 ahr.
301
300 ~ekil 6-14'te e ba~ka ak1m diizeni
ile gosterilen bir l L daha vard1r. Bu diizende bir saVak Q :vard1r ve bu, bir R levhas1 ile iki par9aya aynlmi~ tir. S>vi faz bir iistteki raftan savagm bir pargasma gelir, savag1 a~ar ve c rah bir yonde ge9er. Sonra yiin degi~tirir, rafl diger yonde ge9er :ve savagm ikinci parQasim a~arak bir alttaki rafa akar. Bu ahm diizenine de ters akzm ad1 verilir. Sekil 6-14 f ise, ~ekil 6-13'te giisterilen diizenin bir ba~ka ~eklidir. Bu diizende bir raf b d Qeyresinde diirt veya daha fazla geQI~ bormu, bunun bir altmdaki rafda ise sadeee merkezde bir geQi~ borusu vardir. 0 stteki rafta a kim 9evre. den merkeze, alttaki rafta ise merkezden 9evreye dogrudur. Bunlarf dan ba~ka diizenlerin haz>rlanmasi e Sekil 6- 14. Kampanah raflarda aktm dtize- da miimkiindiir. Fakat, ~ekil 6-14'te ni: (a,b) s:apraz aktm; (c,d) aynhm~ aktm; giisterilenler endiistride en s1k kar~I (eJ ters aktm; (f) radyal aktm (silindirik gela~hgimiZ tiplerdir. Sivi faz ak1m his:is bornlu). ZI yiiksek olan biiyiik kolonlarda, raf' · taki SIVI fazm yiiksekligi rafm farkh noktalannda birbirinden olduk9a farkh olabilir. Bu durumda, rafm ortalarma rastlayan bir noktada, SIVI seviyesinde bir ara kademe meydana getirmek ve boyIeee, rafm farkh noktalarmda sivi yiiksekliginin farkh olmasim bir dereeeye kadar azaltmak gerekir. Biiyiik kolonlarda, uygun savak yiiksekliginin belirlenebiln:'esi iQin, rafm farkh noktalanndaki SIVI yiiksekligi hesaplanmahd1r. S1v1 faz yi.Iksekligi, biitiin kampanalann yanklanm a~aeak §ekilde olmahd1r. Bunu temin etmek iQin aynca raf!ar, miimkiin oldugu kadar diiz :ve kolonun kendisi de dik kurulmahd1r. . Kolonun Qap>, genellikle 60 ile '450 em arasmda, yiiksekligi ise birkaQ metre de 30- 40 metre arasmda degi~ir. Bununla beraber, kampanalann biiyiikliiklennde Qok farkh bir degi~me olmaz. A.B.D.'de yapi!an kolonlarm biiyiik bir k!smmda kampanalarm Qapi 7 iii\ 15 em arasmda degi~ir. Bunlar iQinde en Qok kullamlanlarm Qaplan 7, 9, 12 em dir. Uzun dikdortgen §ekilli kampanalar da kull~ml~akla_ beraber, silindirik olanlar standart hale gelmi~lerdir. Kampanalarm uzenndek'. yanklarm boyutlan 7 em Qapmda bir kampana iQin geni~lik 2,4 1M 3,2 mm, yukseklik ise 12,7 iii\ 25,4 mm'dir.
6-15. Elek (delikli) ralli kolonlar. Kolon yapih~Indaki degi~ik bir tip, kampanah raflar yerine, iizerinde Qok sapda delik<;ikleri bulunan diiz raflar §eklindedir. Bu raflann normal savaklan vard1r. DelikQikler genellikle 4, 7 ila 6,3 mm ('apmda olup, merkezler arasmdaki uzqkhk 25,4 ile 51 mm arasmda degi§ir. Buhar fazmm delikr.iklerden ger.i~ hizi, SIVI fazm bu delikr.iklerden a~ag1 akmasma imkan vermeyecek derecede yliksektir. Elek rafh kolonlann, kampana rafh kolonlara oranla daha az tesirli oldugu samlmi~sa da, son yapilan Qah~malar bu hususu ara§tirmaktac!Ir. Bugiin birQok endiistride bu tip kolonlar kullamlmakta. ve kampana rafh kolonlar kar~Ismdaki onemi gun gegtikQe artmaktad1r. Bubar fazmi dii~iik kaynayan komponentr.e zenginle~tirme bakimmdan elek raflar, kampana raflar kadar tesirlidir. Bu tip rafiarm meydana getirecegi bir sakmca, buharm SlVI damJacik]an tU§Imasidir ki, 0 da iyi bir pJi\nJama iJe onJenebilir. Kolon yapih§md"o oldukQa yeni bir fikir 1zgara (turbogrid) raflarm kullamlmasidir. Bu kolonlarda raflar, iizerlerine delikgikler agilmi§ diiz metal levha!ar olmay1p, aralarmda 'dar arahklar l?ulunan bir ma yatay metal Qubuklardan meydana gehni~lerdir. Bu durumda raflarda normal olarak bulunan giri§ ve Qiki~ savaklan yoktur. SIVl fazm, arahklar yolu ile alt rafa akmasi bir engel te~kil etmez. Bubar faz1, bu arahklar yolu ile a§agidan yukanya dogru yiikselirken, SIVI faz da aym yoldan a§agi akar. Bu Izgaralar biiyiik kolonlarda kullamhrlar, kampana rafh kolonlara oranla claim tesirli ayirma· yaparlar ve daha az basm9 dii§ii§iine sebep olurlar. Bugiin fraksinasyon kolonlannm projelendirme ve yap1m1 bir geQi~ pcriyodunda bulunmakta, teknoloji kampana rafh kolonlardan uzakla§arak, Izgara ve elek rafh kolonlara meyletmektedir. Degi§ik yapih§ta ve kompleks yap>da kampana rafh kolonlar projelendirihnekle beraber, teknoloji ve piyasa eski tip kampana rafh kolonlardan vazger.memektedir. Kmhpana rafh kolonlar, bugiin bile birr.ok kurulu~larda fazla say1da kullamlmakta ve standart bir eihaz olarak kabul olunmaktad1r. 1 6-16. Dolgulu kuleler. Kolonun kullamlmasmdaki amar., buhar ve SIVI fazl~n birbirleri ile temasa getirmektir. Kolona doldurulan her tip dolgu maddesi, biiyiik bir temas yiizeyi ve dolaylSI ile istenilen operasyonun teminini sagJar. Baz1 hallerde bu ama9, dolgulu kulelerle saglamr. Kolon tamamen bo~ bir silindirden ibarettir, geni, yiizeye sahip bir cins malzeme ile doldurulur ve bu . yiizeyler, SIVI faz tarafmdan Islatihr. Kulenin doldurulmasi konusu, 9'uneu boliimde da!Ia geni§ bir §ekilde ele ahnaeaktir; fakat, burada §U hususlan belirtmede fayda vard1r: 1yi bir dolgu maddesi hafif olmah; birim haem> ba~ma'mak simum Islanabilen yiizeye sahip bulunmah ve gazlarm ge9i§i i9in yeterli bir bo~ lnk b1rakmah, diger bir deyimle, kiiQiik bir basm~ dii§ii~iine sebep olmahd1r. 1
Clu•m .Eng., 61 (5): 124, !73 (1954)'e baktmz,
302 Dolgu maddesi olarak qok say1da degi~ik malzeme kullamlmakla 'berabe.r, bunlarm igerisinde en tamnmi§ olam ve en fazla knllamlam Raschig halkaS!dir. Raschig halkas~ yiiksekligi gapma e~it igi bo§ bir silindirdir. Metalden yapt!mi§ olabilir, bu takdirde metal bir boruyu testere ile enine keserek elde olunur. Ta§tan, porselenden veya diger bir malze.aeden yapi!abilir. Raschig halkas1 igin birgok degi~iklikler teklif olunmn§sa da, ig k!Slmda biilme veya kanat ihtiva etmeyen Raschig halkas1, bugiin dahi standart bir dolgn malzemesidir. Raschig halkalan genellikle, kolona geli§igiizel doldurulur ve pek nadir hallerde ise, belirli bir diizende yerle§tirilirler. Dolgulu kolonlarm, kampana ve elek rafb kolonlara tercih olunmasmda giiz iiniinde bulundurulacak bazt iistiinliikleri vardn·. Dolgulu kulelerde birim yiikseklikteki basmc dii§ii§ii, diger tiplerden daha azd1r. 1ki veya iic kampananm ancak yer alabilecegi cok ufak captaki kolonlarda, dolgulu kolon yegane knllamlabilecek kolondur. Ufak <;aptaki kolonlar takdirinde, daima kampana rafh kolonlardan daha ucuzdur. Raschig halkalannm herhangi bir malzemeden yapilmasi miimkiin oldugn igin, paslanmaz qelik ve benzer ala§Imlarm nygun oJmadtgL gok korrosif QiizeJtiJer takdirinde, doJgu]u ku]e- yegane cihazt t~kiJ eder. Bundan ba§ka, iyi bir §ekilde projelendirilmi§ dolgulu kulelerde, kule tarafmdan tutulan s1v1 fazm miktan' da azd1r. Bu husus, yiiksek temperature lasa bir miiddet tutulinasi isten(len hassas siVIlar i.;in bir iistiinliik saglar. Dolgulu kulenin uygun olmayan tarafi ise, her §art ve madde igin kullam~h olmamastdir. Uygun olan Simrlar i<;erisinde dolgulu kuleler, elek \'e kampana rafh kuleler kadar randtmana sahiptirler. Fakat, birim alana isabet eden stvt veya buhar yiikii bak1mmdan onlar gibi geni§ bir i§letme imk&nma sahip degillerdir. Diger bir salancah yiinii, biiyle bir kulede sivL dag1hnunm gok giig olmasidtr. Kulenin iist k1smmda, stvt faz dolgu malzemesi'iizerine en iyi bir §ekilde yayilsa bile, a§agiya dogru akarken yava§ yava§ kenarlarda toplanmaya ba~lar ve dolgulu kismm ortasmdaki dolgu malzemelerinin kuru kalmasma sebep olur. Biiyiik hacme sahip veya yiiksekligi fazla olan kl)lelerde, belirli amhklarla stvL faz i<;in dagttma levhalan koymak gerekir. Bu levhalar kule duvanndan SIVI faz1 alarak, knle merkezine iletirler.
6·17. Fraksinasyon kolon yard•mc•lan. Bir distilasyon cihaz1, §ekil 6-15' te oldnk<;a diyagramatik bir §ekilde giisterilmektedir. Bu diyagramda sadece esas baglantilarm giisterildigi, kontJ:ol ve iil<;:ii cihazlanmn ihmfil edildigi, te" ferruattan miimkiin oldugu kadar kaQimldigi giiz iiniine ahnmahd1r. A bir rektifikasyon kolonunu, B ise ISI!ICIYI giistermektedir. B, esas itiban ile zorlanLTII§ dola§Imla <;ah~an ve giizeltinin buharla§masim temin eden bir buharla§tlncidir. A kolonunun tabanmdan C pompas1 ile alman SIVI, B ISitlcismm borularmdan geqirilir, Bu esnada te§ekkiil eden buhar - SIVI kan§I!lll tekrar A kolo-
303 nunun alt k1smma giinderilir. I! ISilicismda ISI!ma buhan (su buhan) i<;in bir giri§ ile, yogunla§an buhar (kondensat) i<;in bir Qlki§ vard1r. A kolonu i~erisindc yiikselen buhar, devamh olarak dii§iik kaynayan komponent<;e zenginle§ir; ko-
1
___,..crkan} - t "---'i'--...v--:::-,glren sogu ma suyu 8 o gunla~mayan gaz ve buharlar r---=-3_ _ __L.._:4,._ ba;;
A
urun
7
su buharl
Sekil 6 ~ 15. Devamh yah$an bir rektifikasyon kolonu ·ve yard1mctlan: A, kolon; B, ISitlc1: C ,pompa; D, total kondensOr; E, regUlatOr tankt; F, tst dej:i~tirici (On Istttcl).
lonu 1 numarah boru yolu ile terk eder, D kondensiiriine girer ve burada lamamen yogunla§Ir. D kondensiirii, iQersinden geQirilen soguk su tarafmdan sogutulur. Yogunla§an kari§lm, 2 numarah boru yard1mt ile regiilatiir tank! E denilen bir kaba giinderilir ve bu tanktan giki§la iiriin iki k1sma aynhr. Driiniin bir kismi, 3 numarah boru yardimt ile kolonun ba§ kismma rif!aks olarak geri giin·, derilir, diger kisim ise 4 nnmarah boru yardimL ile ba§ iiriin olarak di§an ahmr.
.
Kolonun alt k1smmdan SIVI faz1 alan ve bu siviyi ISLtlcL iQersinden ge9iren C pompas1, 9 numarah boru yardimi ile laban iiriiniinii di§an atacak §ekilde baglanmi§llr. Taban iiriiniiniin !Slsmdan, distilasyona tilbi tutulacak kan§lmm
304
305
on lSltiimasl igin faydalamhr. Bu sebeple, distillenecek kan~Im, 6 numarah boru yardimi ile on ISltlciya F girer. Besleme alami, · iin ISitlcidan geger ve 7 numarah boru yolu ile, kolonrm orta kismmda bir noktadan rektifikasyon kolonuna girer. Distillenecek kan§Imm kolona girebilecegi nokta igin <;ok say1da yer mevcuttur, bunlardan en uygun olam segilir. Regiilihiir tankmdaki yogunla§mayan gazlar, 8 numarah boru yolu ile regiilihiir tankm1 terkederler.
6·18. Fraksinasyon kolon hesaplamalan; 1St ve kiitle billln~olan. Fraksinasyon kolon projelerinin haznlanmas1 esnasmda birinci derecede iinemli hususlardan bir~ raf sayiSI (veya dolgulu klsmm yiiksekligi), digeri ise kolonun yangap1d1r. Bu kisimda, istenilen ayuma i<;in liizumln raf saylSlmn hesaplanmasi ile ilgili metodlar incelenecektir. Sekil 6-16'da §ematik olarak giisterilen rektifikasyon kolonunu giiz ~onun~e aJ:ihm:· _:.Cve B komponentlerii!in kan§ninncfan ·'!baret ~oiall,- A komponentinJn. bu kari§IffidlJki ag1rhk fraksiyO'nU.XpVekim§Iffilll debisi F kg/saatbulunan.bir -karti;l!n, sabftP-baslnct altnida devamh olarak kompone;;,tierin~~Y~Ilrm§ ois~-Ak~mp;;;:,enti ·-nin ba§ ve taban iiriinierindeki a[irliHral:SiYorllan, X~ ve·x--;... of~l1.n~ Disiil!en:;;cekk~I~lffilll, b\1§ taban iiriinlerinin te'!'per~~iiJ:lerLsirasi ge .t F ; t D ve tw ; bu temperatiirlere tekabiil eden ental~pileri · cle h;-,-hD ·ve hw_ olsun.
ye
W"nun miktan, 6-13 numarah e 0itlikten veya 6-15 numarah a§agidaki e§itlikten faydalamlarak hesaplanabilir.
W
hw F=D+W
l$ekil 6- 16. Rektifiknsyon kolo~~-J~iitl~_!_e_.~nerji biHln~osu.
FxF =DxD + Wxw
(6-13) (6·14)
F(xD-XF) xo-xw
benzeyen.
(6•16)
Sistemden c;evreye herhangi bir yolla JSI kavb1 meydana gelmedigini kabul ederek kurulacak ·bir 1s1 dengesi a§agidaki §ekilde olabilir.
..f_'!f_±'lL""- Dhv + Whw + q,
(6-17)
Bu e0itlikte: q, = buharla§tiriciya verilen lSI, kgr.kaljsaat q,
= yogunla§tmcida
(kondensor) a! man Jsi, kgr.ka]fsaat
(6-17) numarah e§itlik §U anlam1 ta§Ir: Buharla 0tmc1da sisteme verilen lSI sabit tutulacak olursa, kondensiirde sistemden alman IS! da belirli bir degeri almak iizere sabit olur. Buna benzer §ekilde, kondensiirde sistemde,l alman ISI sabit tutulacak olu~sa, buharla§!Irictda sisteme verilen ISI sabit olur. Bu sebepten. esas proje c;izimine ba§lamadan iince, bu iki degerden birinin belirli klhnmas1 gerekir. Sadece kondensiirii goz iiniine alan kiitle ve ISI dengeleri, a§agidaki 0ekilde kurulabilir.
V, =Lo+D
Ba§ ve taban iiriinlerinin D kg/saat ve W kg/;,;at olan debiler;,'tiim kiitle (l(;!;ge~ind;,-;, faydalan1larak hesaplanabilir. Kararii ~§artlar ~a!:: -imda .;ail§an hir.cfistilasyon kolonu igln~-a§agi j~ki iki e§itlik .Ya~!labilir. · · · ·-- · ·
w x.,., tw
=
e~itlige
V1 y 1
=
Loxo
+ Dxv
V 1H 1 = q, + L0 ho+Dhv
(6-18) (6·19) (6-20)
Tiim yogunla§tmci (gelen buhann hepsini yogunla§tuan) kullamldigi takdirde, §ekil 6-16'da oldugu gibi,__ y, = x. = x 0 plur. (6-20) numarah e§itligi q.'ye giire <;·iizecek olursak, S§agidaki e§itlik ele ge<;er.
~---
Yukandaki iki e§itlik yardmn ile, ba§ ve taban iiriinleri (D ve hesaplanabilir.
FxF
=
DxD
W) hemen
+(F- D)xw
D= F(xF-xw} xv-xw
q,= V,H,-(Lo+D)hD Yukandaki e§itlige V1'in (6-18) numarah e§itlikteki degerini koyahm.
(6-15) Simdi, yukandaki e§itligin her iki tarafim da D ile bolelim. t.
c;atalta~ -
Kimya Miihendisli8;ine Giri$,
F. 20
306
307
(6·21)
lonun ba~ kismmdan ba~layacak olursak, kolonun ilk rah i~in (§ekil 6-17) a~a· g1daki kiitle, komponent ve entalpi dengeleri yaz1labilir:
L,fD oram, di§ riflaks oram adm1 ahr. Riflaks oramm sabit tuttugumuz zaman, q/;in de sabi(-.;j;,-;;·;,~, kolayhkla gilrii!iir. Isitlcida sisteme verilen lSI q, (6·17) numarah e§itlikten faydalamlarak hesaplanabilir. Buraya kadar a91klanan husus· lardan §U sonu~ Qikanlabilir. Distillenecek giizelti, ba§ ve taban iiriinlerine ait liizumlu bilgiler verilecek olursa, kiitle ve enerji dengelerinden faydalamlarak bilinmeyen hususlar hesaplanabilir. Otnek 6-3. 1 atm. basmg altmda 30.000 kgr/saat kapasite ile !;ah~an ve 0,400 benzen ihtiva eden bir benzen~toluen kan~tmmt 0,97 benzen ihtivfi eden bir bali Uriinle', 0,98 toluen ihtiv§. eden bir taban iiriinline ay1ran devamh bir fraksinasyon kolonunun projelendirilmesi istenilmektedir. Benzen ve toluen konsantrasyonlan aibrhk fraksiyonlandtr. Ba~ iiriiniin her kgr't igin 3,5 kgr riflaks kullamlmaktadtr. Distilasyona t:abi tutulacak kartl1tm, kaynama temperatiiriinde bulunmakta ve riflaks kolona 30°C da girmektedir. a) Ba.$ ve taban tirlinlerinin debilerini h~aplaymtz. b) Buharla~tmctda sisteme verilen ve yogunla!jtmctda sistemden alman ISI miktarlanm h~playmtz.
COziim.
(a) (6-15) numarah ~itlikten faydalamltr.
D _ (30.000) (0,400- 0,020)
-
= F-D = 18.000
W
!2.000 kgr(saat
(0,970- O,OlO) kgr(saat.
(b) Ktstm (6-20)'de verilen ~ekil (6-lS)'den faydalanarak, a!ja8tdaki de,&e~ler bulunur.
hF
= 40,9
kgr.kal/kgr
Bubarla$tlflCIYI terk eden
SIVI,
h,
= hn= 16
doymu!j bir
SIVI
kgr.kal/kgr
H1
= 129
kgr.kalfkgr
olacaktlr. Bu sebeple,
htv= 48,15 kgr.kalfkgr (6-21) numarah C$itlikten qc hesaplamr.
qo
D= (3,5 + 1) (129 -16) = 508,5 q,
= (12.000)(508,5) = 6.102.000
kgr.kal/saat
(6-17) numarah e!jitlige gOre
= (12.000) (16) + (18.000) (48,15) + 6.102.000- (30.000) (40,9) q, = 192.000 + 866.700 + 6.102.000-1.227.000 = 5.933.700 kgr.kal/saat q,
6·19. Raf raf besaplama. Liizumlu raf say!Slnm hesaplanmasm1 temin , eden metodlardan biri, ham madde, ba~ ve taban iiriinleri iQin verilen degerlerden ba~lamak sureti ile, raf raf hesaplama §eklindedir. Kolonun iki U9 nok· las! olan ba~ veya taban k1smmdan hesaplamaya ba~lanabilir. Hesaplamaya ko·
v,
Lo Xo ho
Y, H Vz Yz Hz
L,
Raf-1
X1 h1
$ekil 6 - 17. Bir rafm ki.itle, komponent ve entalpi durumu.
Tiim kiitle dengesi : I.,.
+ V, =
+ \'1
+ V 2 y2 = L,x, + V,y 1 L,h, + V,H, = L,h, + V,H,
A komponentinin dengesi : Entalpi dengesi :
L,
L~••
(6-22)
(6..23) (6·24)
Yukandaki e§itliklerin bilinen degerleri riflaksm debisi, bile~imi ve entalpisi (s1ras1 ile L,, Xo ve ho); ve kondensiire giden buharm 1 debisi, bile§imi ve entalpisi (mas1 ile V,, y1 ve H;) dir. Bununla beraber, yukandaki e§itliklerin daha all! bilinmeyeni (L1 , V,, x,, y.,, h, ve H,) vard1r. Raf- raf hesaplamaya gege· bilmemiz i9in aynca baz1 bilgilerin verilmesi gerekmektedir. Teorik raf veya de'!ge raft kavrammm kullamlmasi bu hususta faydah olur. Teorik raf veya denge rah' §u iizelliklere sahip oldugu dii~iiniilen bir raf· tlf: Bu raf s1vi fazla dolu olup, sividan te~ekkiil eden buhar faz1, o raf1 terk eden SlVl fazla dengeye ula§ffil§llf. Aynca her iki fazm tamamen kari§bklan ka· bul olunur. Bu kavram kabul edilerek hesaplanan raf say!Sl, teorik raf sayisidu·. 1 numarah teorik rafl terk eden buharm bile§imi bilindfgi igin, P* basmcmdaki clenge bagmhsmdan faydalamlarak L, siVIsmm bile~imi hesaplanabilir. Bu suretle, L1 siVl fazmm x 1 bile~imi bilinmekle, bu faza ait entalpi belirli bir durum ahr. Bundan ba§ka, V, doymu§ bir buhar oldugu i~in, bile§iminin bilinme· 1
2
·~
Bubar fazmm V 11 !;Ozelti damlactklan talltmadJ&t ve bir P basmcmda doymu$ bulundulu kabul olunmak.tadtr. ~ B.F. Dodge «Chemical Engineering Thermodynamics•, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York (1944), sahife 619. Cah$ma basmct olara~ atmosfer basmcmm veya bunun tizerindeki bir basmcm aimmast halinde, kolon i~erisindeki basm~ de8i$iminin denge baihnttlan iizerindeki te~ siri genellikle ihmal edilir ve bir P bastnct (kolonun ba!i k1smmda) i~in tek bir denge eA;risi kullamhr. Dib;i.ik basm!rta ~ahl1an vakum kolonlan takdirinde, bu ~ekildeki uygulama iyi sonug vermez ve mevcut bastn!r bOlgeleri ic;in ayn ayn denge e8rilerinin kulla1llimrun gerekir.
308
309
si •ile entalpisi belirli k1hmr. Bu suretle, bagtmstz degi§kenlerin saylSl iige (L,, V2 , y2 ) indirilmi§ olur. Bundan sonra (6-22), (6-23) ve (6-24) numarah e§itliklerin gi:iziimii miimkiin olur. Bu suretle, Vz ve L, debileri, bile§imleri ve entalpileri tamamiyle belirli hale gelir ve 2 numarah teorik rafa ait hesaplamalara gegilebilir. Bu §ekildeki hesaplamalar, distillenecek kan§Imm kalona girdigi noktadaki rafa kadar clevam edebilir, fakat GOk zaman alan ve kan§Jk alan bir <;i:iziim yoludur. Entalpi - bile§im diyagramlanm kullanarak kiitle ve enerji clengelerinin grafik yolu ile <;i:iziimii, gok kolay ve gabuk bir gi:iziim metocludur. 6-20. Entalpi - bile~im diyagramlan. 1 -Benzen - toluen sisteminin entalpi bile§im cliyagraml (atmosfer basmcmda) §ekil 6-18'cle gi:isterilmi§tir. Bu diyagramm gizimi i<;in liizumlu clegerler 11 numarah ilil.ve tabloda bulunmaktacl1r. Diyagramm alt hsmmdaki izoterm egriler, muhtelif temperatiirlercle bulunan SIVI kan§Imlarm entalpilerinin bile§imle clegi§imlerini gi:istermekteclir. Bu egriler, §ekil 5-24'te soclyum hiclroksit - su sistemi igin verilen egrilere benzemekle beraber, goz online ahnan temperatiircle benzen - toluen sisteminde kat1 -bir faz
lerine tekabiil eden entalpilerini gi:istermektedir. Kesikli <;izgilerin (baglantl dogrulan cliye adlandmlan) biti§ noktalan (biri doymn§ buhar, digeri cloymu§ SlVI egrisi iizerincle), clengede bulunan buhar ve SJVJ fazlarmm birle§imleri~i giistermekteclir. Biitiin baglant1 clogrulan, diyagram iizerinde gosterilmemi§tir. Ciinkii, §ekil 6-ll'den gi:iriilebilecegi gibi, her SIVl bile§imi kin, bununla dengede bulunan bir buhar bile§imi vard1r. Sekil 5-24'teki sodyum hidroksid- su sistemine ail diyagramda, cloymn§ buhar egrisine ihtiyaG yoktur. Buna sebep, sodyum hidroksidin biitiin konsantrasyonlan iGin, bnhar fazmm saf su buhanndan ibaret olmasidJr. 6-21. Entalpi- bile~im diyagJiliiDmm kuUamn('t; adyabatik kan~ma. Ktitle ve enerji dengeleFinin grafik yolu ile Gi:iziimiinde ental pi - bile§im diyagramlan kullamlabilir. Kararh §artlar altmda ~·ah§an devamh bir operasyonu giiz i:intine alahm. Temperatiirleri t M ve t N• entalpileri h M ve hN alan M ve N a kim! an kan~arak, temperatiirii tJ~ v~ entalpisi hv olan bir P kan§Imt meydana getirmi~ olsunlar (§ekil 6-19). Bn operasyona ait ktitle ve komponent bilanGolan a§agJdaki §ekilde yaz1labilir. •
200 01150
:>::: u
:>:::
·a_
-
Iii
I I
50 0
/
I
;100
-y, ·38'c
I
Joymus / I
''
/ /
/
/
/
/
/
,-:1'
/
unar /1
v {,.
/
/
/'dQ,ynlu~vS!v.(
'' · '
'
I
/.
I
i'
c 661:
-1:
c
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
O,B
0,9
( 6-27) Bu e§itligi
Xp
Sekil 6- 18. Benzen-toluen sisteminin 1 atm. basm~ta entalpi-bile~im diyagramt. Rcferans hal: SIVI benzen 0°C'da VC SIVI tOlUCO 0°C'da. Xp=
gi:iriilmez. "Doymn§ stvJ" diye acllanclmlmi§ alan egri, benzen- toluen kan§Iffilannm atmosfer basmc1 altmdaki kaynama temperatiirlerine tekabiil eden entalpileri gostermekteclir. Bu egri boyunca meyclana gelen temperatiir degi§imi, benzenin ag1rhk fraksiyonu Slflr oJan noktadaki l10°C'dan, sa£ benzene ait oJan 80,4°C'da kaclard1r. "Doymu§ buhar" cliye adlandmlmi§ alan egri, benzen- toluen sistemine ait buhar kan§Jmlanmn 1 atm basm<;ta cloygunluk temperatiirPonchon. Tech. mod., 13,20 (1921)
(6-26)
Pxp
1,0
Benzeni n ag1rl1k fraksiyonu
'
+ NxN =
Kan§ma operasyonu, adyabatik (~e\Teden sistemc ve sistemden c:;e\-reye herhangi bir §ekilcle lSI transferi olmaks1zm) oldngu takdirde, enerji bilfin~osu a~ag1daki ~ekil de yazilabilir.
UJ -50
-100 0.0
(6-25)
MxM
I
'
M+N=P
Sekil 6- 19. tki abmm kan~am1 ile ilgili entalpi bilRn~rosu.
ve
hP
i<;in <;Ozelim.
MxM+NxN M+N
(6-28)
MhM+NhN M+N
(6 29)
(6-28) ve (6-29) numarah e§itlikler, kan§Imm bile§imini ve entalpisini hesaplamada kullamlabilirler. Bunlardan ba§ka bir de grafik Qi:iziim yolu vard1r. Entalpi - bile§im cliyagrami iizerindeki bir noktanm, bir ahmm entalpi ve bile§imini gi:isterdigi, bilinen bir gerGektir. Sekil 6-20'deki 1 ve 2 numarah nok-
311
310
talar M ve N akimlanm gostermi§ olsunlar. P kan§tmmm entalpi ve bile§imini gosteren 3 numarah nokta, 1 \'C 2 numarah noktalardan ge<;en dogrunun iistiinde ver almahdtr. Bu husus, §U §ekilde ispatlanabilir: 1 ve 3 numarah noktalan birle~tiren l;logru par~asmm egimi (h.- h N )/(x.- xN) dir. Bu C§itlige (6-28) ve (6-29) numarah e§itliklerdeki ''"• ve h. degerlerini koyacak olursak §U §ekli ahr. 1 - 3 dogrusunun egimi
N
M= p
N=
hM-hN
= =-= xM-xN
Bu avm zamanda 1 w 2 nmnarah noktalan birle§tiren dogrunun da egimidir ,.e 'b,;nun bir sonucu olarak, 3 numarah nokta 1 ve 2 numara!t noktalan birle§liren dogru iizerinde bulunmahdtr. 2
3
xM-xP
hM-hP
Xp-XN
hP-hN
XM-XN
hM-hN
XM-XP
hM-hP
ikiden fazla aktm kan§tmlarak bir aktm meydana getirilecek olursa, ilk once iki aktmm kan§masi ile meydana gelen kan§tma ait nokta bulunmah ve sonra buna diger aktmm ildve olundugu dii§iiniilerek, ona ait noktil bulunmahdtr. Yukanda a<;tklamas• yap1lan <;oziim yolu, adyabatik §artlar altmda bir ak1mdan diger bir akimm Qikanlmast halini kapsayacak §ekilde geni§letilebilir. Ornegin, P aktmmdan N akumnm <;tkanlmast ile M akim1 meydana gelmi§ olsun, (6-19) numarah §ekilde sadece aktmlarm yiinii degi§tirilir. (6-25) numarah C§itlikten (6-27) numarah C§itlige kadar mevcut iic; e:>itlik, aynen bu maksatla da kullamlabilir. Su ana kadar ac;tkladtgtmtz hususlan, a~agtdaki §ekilde iizetleyebiliriz. iki aktm adyabatik olarak kan~tmlacak olursa (a) kan~tmt temsil eden 3 numarah nokta, ilk iki kan~•m• temsil eden 1 ve 2 numarah noktalan birle§tiren dogru iizerinde bulunur; (b) 3 numarah nokta, 1 ve 2 nnmarah noktalar arasmda ve kiitlesi biiyiik olan aktma yakm bir yerde bulunur.
Cl.
-ro ~
c
w
Aym §ekilde NjM ve P/N oranlan da <;tkanlabilir.
h.
Bile~im
Sekil 6 - 20. tki aktmm adyabatik kart!iitmt is:in grafik ~Oztim yolu.
3 numarah noktanm yeri, M ve N aktmlanmn miktarlan ile belirli kthmr. 6rnegin, p akm11nm N aktmma oram, 1 ve 2 noktalanm birle§tiren dogru par<;asmm, 1 ve 3 noktalanm birle§tiren dogru parcasma, oranma e§ittir. (6-25) ve (6-26) numarah e§itliklerde, N degerini ortadan kaldtrmakla bu sonuca varabiliriz.
P M
=
xM-xN Xp-XN
Bir ak1mdan adyabatik §artlar altmda diger bir aktm <;tkanlarak, yeni bir aknn meydana getirilmekte ise, iirnegin P ak1mmdan N aktmmm c;•kanlmast ile M aktmmm meydana getiri!mesi gibi (a) yeni meydana gelen ve 2 numara ile gosterilen aktm, 1 ve 3 ba§langt<; noktalanm birle§tiren dogrunun uzanttst iizerinde yer ahr ve (b) ba§langlQ aktmlanndan kiitlesi biiyiik olana yakmdtr. 6-22. Entalpi - bile~im diyagramlanmn kullamlmasi; adyabatik olmayan karJlima. Sekil 6-21'de giisterilen, adyabatik olmayan kan§ma operasyonunu giiz iiniine alacak olursak, kiitle ve kompohent bil~nc;olarmt giisteren (6-2.5) Ye (6-26) numarah e~itlikler, degi§memi§ olurlar. Bunun bir sonucu olarak, kan§ma sonunda meydana gelen P alommm bile§imi, kan§ma ister adyabatik olsun ister olmasm aymdtr. Bununla beraber, adyabatik olmayan kan§manm enerii bildncosu, a~ag1daki gibidir:
A\'lll sonuca (6-2.'5) ,.e (6-27) numarah e§itliklerle de ula§tlabilir. p hM -hN -Ji{ = hp-hN
(6-30)
Sisteme kattlan
lSI
miktan q, iic; aktmdan herhangi biri ile bagmtth ktlmabilir
313
312
digi gibi, (x M, hM), (xN, hN) ve (xp, hp) koordinatlan ile giisterilen noktalar, diiz bir dogru iizerinde bulunurlar. (6-25), (6-26) , .., (6-33) numarah e§itlikleri, daha once bahsettigimiz iic e§itlikle kar§lla§hracak olursak, benzerlikten dolay•. (XM, hM qM), (xN, hN) ve(xp, hp) koordinatlarma sahip noktalarm da (1, 2' . ve 3 noktalan) diiz bir dogru iizerinde yer almas1 gerekir.
ve a§ag1daki §ekillerden biri ile ifade olunabilir.
+
Bunlarm her biri, ak1mlarm birim kiitlesine kar§ihk sisteme giren ISlnm debisidir. Bunlardan hangisinin seGilecegi hususu, tamamiyle hangisinin daha kolay bulunabilecegine bagbdu. Eger q P secilecek olursa, (6-30) numarah e§itlik a§ag•daki §ekilde yeniden diizenlenebilir. MhM+NhN =Php -PqP ~ P(hp -qp) (6-31)
q
p
Xp
Yukandaki e§itligi h P - q P 'ye gore ciizelim.
hp
CL
C1l
c w
Sekil 6 ~ 21. tki aktmm adyabatik olrpayan ~artlar altmda kart!1mast.
Sekil 6-20 ile birlikte a91kladlglmlz gibi, kan§lmm entalpi - bile§im diyagrammdaki yerini giisteren nokta, (6-32) numarah e§itlik yard•m• ile hesaplamr. Aynca bu hal i9in de bir grafik ciiziim yolu vard•r. 0
Adyabatik olmayan kan§maya ait ak1mlarm bile§im ve entalpileri ile ilgili noktalar,. §ekil 6-22'de giisterilmektedir. 3' numarah noktanm x koordinah §ekil 6-20'de oldugu gibidir; 9iinkil, operasyonun adyabatik olmamas1, bile§imin degi§mesine sebep olmaz. Kan§lml gercekten giisteren nokta, 3 numarab noktadJr. Bu noktamn entalpisi, 3' numarah noktamn entalpisinden, nave olunan qP kadar daha biiyiiktiir. Bu sebeple, adyabatik olandan daha biiyiiktiir. Daha evvel 39ikland1g1 §ekilde M ak1mma ait 2 numarah nokta §ekildeki yerine konur. M akim1 tarafmdan, sisteme fazladan bir IS!llln verildigi hususu kabul olundugu takdirde, M akJrnl sisteme h M + q M entalpisi ile girmelidir. Bu durumda sistemin entalpi dengesi, a§al1;1daki §ekilde hesaplamr. ·
(6-33) Bu sebepten, 2' numarah noktanm bile§imi xMolmah, entalpisi ise hM 'den 'IM kadar biiyiik bulunmabd~r. (6-25), (6-26) ve (6-27) numarah e§itliklerde belirtil-
Xp Bile~im
Sekil 6- 22. tki aktmm adyabatik olmayan
kan~tmma
a it grafik
~Oziim.
6-23. Grafik ile ~oziim; besleme rafnam iistiindeki kolon k•sm• i~in. Bu ~oziim yolu, distilasyon kolouunun tiimii· veya bir k!S!m giiz online ahmp, .kiitle ve enerji bililncolarmm grafik yard1m1 ile GOziimii bu k!Simlara uygulanarak ac•klanabilir. Besleme rafmm (diger bir deyimle. distillenecek cozeltinin distilasyon kolonuna girdigi rafm) iistiinde yer alan kolon kJsml, §ekil 6-23'te gosterilmektedir. Tiim kiitle bilanGosu :
V,t-rt- Ln
== D
315
314
Yukandaki e§itlikten gi:irU!diigii gibi, ab uzakhgmm be uzaklrgma oram oram gibidir. (X., h.) koordinatlarma sahip olan noktamn onceden tesolmasr ve (y,, H 1) noktasmm da, doymu§ buhar dogrusu iizerinde yer alsebebi ile, (x D' hv + q,0 ) noktas1 grafik yardimi ile bulunabilir.
Komponent bilanQosu: (6-35) Enerji bih\nQosu :
D
a
(6-36)
Raf-n
Sekil 6-23. Kolonun ba~ krsmmr kapsayan kiitle biHin~osu.
n numarah raf, besleme rafmm iistiinde alan herhangi bir raf, n+ f ise, n numarah rafm hemen altmdaki. raftrr. q,0 =.q,jD olarak tammlayrp; bunu (6-36) numarah e§itlikteki yerine koyahm.
Ental pi KkaVKg
(6-37) Bu e§itliklerin, (6-25), (6~26) ve (6-27) numarah e§itliklere benzerligi sebebi ile, (Yn+l, Hn+I), (x., h.) ve (x 0 , h D + q,0 ) koordinatlarma sahip noktalar, diiz bir dogru iizerinde bulunurlar. Kondensorii esas alan bir kiitle ve enerji bil&n~osu [(6-21) numarah e§itlik], q, 0 degerinin L,jD rif!aks oram ile belirli krhnabilenecegini gosterir. Bu sebepten, (x 0 , h 0 + q,,0 ) koordinatlarma sahip noktamn yen, hesapla tesbit olunabilir. (6-34)'den (6-37) numaraya kadar olan e§itlikler gene! olup, besleme rafrmn ii~tiindeki herhangi bir rafr kapsamma aldigr iQin, n = O* haline de uygulanabrlrr ve bu durumda Yn+l = y,, Hn+r = H 1 ve x. = x 0 (ba§ iiriiniin bile§imi) olur. Bununla beraber riflaksm, kolonun iist krsmmda mevcut bulunan temperatiirde kolona girmesi gerekmez. Kondensorii terk etmeden once yogunla§ma temperaWrii altma soguyabilecegi i9in, (xu, h.) koordinatlarma sahip nokta, §ekil 6-24'te gosterildigi gibi, doymu§ siVI dogrusu altmda yer alabilh'. (y,, H,), (x,, h,) ve (x 0 , h 0 + q,0 ) koordinatlarma sahip noktalar, diiz bir dog:u iizerinde yer almalrdir. n = 0 hali iQin (6-34) ve (6-36) numarah e§itlikler, yem ba§tan yazrlacak olursa, (6-38) numarah e§itligi verecek §ekilde Qoziimlerinin yap1lmas1 miimkiindiir.
La
D * n = 0 bali
(hD
+ q,D)- H, H 1 -ho
1,0
Oaha uc;ucu komponentin ag1rltk fraksiyonu Sekil 6- 24. Bir rektifikasyon kolonunda besleme rafmm iistiindeki kolon ktsmt
s:Ozlim metodu.
(6-34), (6-35) ve (6-37) numaralr e~itliklerin kapsamma giren ilk leorik rafr J) goz online alahm, bilinen y degerine ait x degeri, sistemin denge egrisinden bulunur. Bu sebeple (x1 , h 1) noktasr, (y,, H,) nokta&Jndan geGen baglantr dogrusunun, doymu~ srvr dogrusunu kestigi nokta olarak, tamamiyle belirli krhmrli§trr. (y2 , H,) noktasmm yeri, (x, , h,) noktasmr (.t 0 , h D + q
(
= 11
...... (6-38)
i~in (6-34) den (6-37) ye kadar olan e~itliklerin kullamlmas1, kondensO-. riin teorik bir raf oldugu anlamm1 ta!;>Imaz, sadece kondensOrii kapsayan bir ki.itle ve enerji bilfuwosu oldu&unu gOsterir.
i~in grafikle
V,-L,=D
317 316
ve (y,, H,), (x1, h1) ve (x D' h D + q ,v) noktalan, diiz bir dogru iizerinde bulunmahdir. v2 akiml doymu~ bir buhar akiml oldugu i9in, bunu giisteren noktamn doym!l~ buhar dogrusu iizerinde yer almas1 gerekir. Bu suretle, biitiin ak•mlann bile~im ye eutalpileri belirli kilmm•~ olnr. Buntara ilaveten, istenildigi takdirde L,jV, oram tesbit olunabilir. Bu i~, (x D' hD + q,D) ve (x1 , h1) koordinatlarma sahip noktalan birle~tiren dogru iizerindeki dogru parQalarmm oram ahnarak yapihr. Benzer iic;genler sebebi ile bu _oran, aym zamanda a~agidaki ~ekilde de ifade edilebilir.
L,
v,
{ho
+ q,o> -H,
xo-Y•
= (ho + q,o)- h,
Xo-X 1
Yukanda ac;•klamalan yap!lan i~lemler, (~ekil 6-24)'te giiriildiigii gibi, diger raflara da (n = 1, 2 ... ) aynen uygulanabilir ve bu uygulama, besleme rafma kadar devam eder. Besleme rafmm gerc;ek yerinin tesbiti daha sonra ac;Iklanacaktir.
(6-17) numarah e~itlikte q, yerine (Wq ,w) ve q, yerine (Dq ,0 ) degerlerini e~itligi yeni ba~tan diizenleyelim.
FhF
=
D (h~
+ q, + W(hw- q,w) 0
(6·43)
)
Bu sebeple, hp), (x , h +q, 0 ) ve(xw, hw-q,w) koordinatlarma sahip noktalar, diiz bir 0 0 dogru uzerinde yer ahrlar. (x F' h F) ve (xD, h 0 + q, 0 ) koordinatlarma sahip noktalar iinceden bilindigine gore, bu noktalardan gec;en dogru, (§ekil 6-26) da gosterildigi gibi, x = x w dik dogrusunu istenilen noktada kesei. Besleme rafmm altmda yer alacak teorik raf say1smm grafik yolu ile buluumasmda, ~u yo! takip edilir: Once besleme rahm terkeden sivimn, bile§im ve entalpisini temsil eden durum ic;in diyagram iizerinde bir nokta sec;ilir. Bunun gerc;ek yeri, sonra bulun~caktir. Sekil 6-26'da bu noktamn yeri (x,, h,) ko;
6-24. Grafik ile ~oziim; besleme rafmm altmdaki kolon lusm1 i~in. (Sekil 6-25)'te besleme rafmm altmda yer alan k!Slm §ematik olarak giisterilmektedir. Tiim kiitle biliinc;osu : Lm-1-
Ym == W
(6-39)
1
Komponent bilanc;osu:
Raf-m
(6-40)
Enerji billinc;osu: Lm-1hm-1- V mHm
+ q, = Wlzw
(6-41)
q,w= q,jW olarak tammlamp, (6-41) nu· marah e§itlikte yerine konulacak olursa, w Xw
(6-42)
hw
Bu sebepten, (Xm-1, hm_ 1), (Ym, Hm) ve (xw, hw-q,w) koordinatlanna sahip Sekil 6 - 25. Kolonun taban k1smm1 noktalar, diiz bir· dogru iizerinde bulunurkapsayan kiitle ve enerji bilin~os:u. lar (xw, hw-q,w) noktasmm yeri, kolonun tiimiinii kapsayan kiitle ve enerji bilanc;osu yard•m• ile bulunabilir.
J7=D+W FxF
~
Dxo+ Wxw
Fhp+q,- Dho+ Whw +q,
0
(6-13) (6·14) (6-17)
1,0 Bilesim ,daha ucucu komponentin a gtrltk fraksiyonu
.,.teme raf1nm altmda kalan kolon k1sm1 ic;in, 6 • 26. Bir rek t ifikasyon ko 1onunda, be grafik yotu ile ~zfun.
~kit
319
318 ordinatlan ile gosterilmektedir. Besleme rafmm altmda yer alan ilk teorik rafl ~erkeden buharm bile~im ve entalpisini (yt+,, Ht+ 1) gi:isteren noktanm yeri, (xw, hw- q,w) ve (x,, h,) ·noktalarmdan ge~en dogrunun, doymu~ buhar egrisini kestigi yerdir. Yf+' bile§iminden ve denge egrisinden faydalanarak, (xt+ 1 , ht+,) noktasmm yeri bulunur. Bu i§leme x = xwveya x < x.,oluncaya kadar devam olunur. Sekil6-27'de rif6-25. Grafik ile ~oziim; besleme rafmm yerinin tesbiti. laks oram 3,9 olan ve belirli bir ay1rma yapmas1 istenilen rektifikasyon kolonu-
-,
l.
>
700
/)
600
WI
I
I
jl 13
Do mus buhar t'l /f
I
500
,fl1/ I !) r; I I
~I
L.OO
300
I
I
BOO
200
rL/ '1/ll>t/'>; /j l 100 11 10 V9 8 /7/6 4 /I '/
/
/
//
.'-
//
<;
'
I
2-1-~-
0
j
SIV!
I I lit
f!/) rff, if
Ornek 6-4. Ornek 6-3'te aJ;Iklamast yaptlan ayuma 1 ve riflaks oram i~in, a~a8;tdaki hususlan cevaplandmmz. (a) Ltizumlu teorik raf saytsmi ve gen;ck besleme rafmtn yerini bulunuz. (b) Sogutma suyu kondens6re 26,7°C derecede girip 49°C derecede ~Jkllgma gore, liizumlu so~utma suyu miktanm bulunuz. (c) Istllc1da 2,46 kgr/cm• gey~ (2,38 atm.) basmca sahip doymuj buhar kullamldtg1 takdirde, liizumlu su buhannm miktanm bulunuz. (d) Riflaks kolona 37 ,8°C derecede girecek yerde, kaynama temperatiirtinde girecek olursa, so~utma suyu ve su buhan sarfiyatlan ile teorik raf saytlarmda ne gibi de-
&il,lmelcr olur.
lunan ·a_ ro c::
-
V'(~hw·-qr-J
w
0,2 0,3 0,4 0,5 . 0,6 0, 7 0,8 0,9
A Komponentinin agJr\1k fraks1yonu $ekil 6-27. Rektifikasyon kolonu probleminin, grafil.:. ile
Yukar1daki ac;iklamalannuzdan §U sonucu <:Jkarabiliriz. Belirli bir ayirma ic;in ltizumlu teorik raf say1Sl, biitiin terminal §artlar ve riflaks oram belirli k1lmsa dahi yine de sabit degildir. Besleme aktmmm girdigi rafa t&bidir. Bununla beraber, besleme akxm1 iQin bir yer vardlf ve bu yer, belirli bir rif!aks oram i<:in minimum raf say1s1 verir. Ger<:ek besleme rafl adm1 alan bu rafm kullaml.masl gereklidir.
~Oziim. (a) Ornek 6-3'te verilen bilgilerden faydalamlarak (xo, ho ) , (xp, h p) ve (:r w, hw) koordinatlanna sahip noktalar, entalpi~bile'im diyagramtna yerle,tirilir (!;ie~ kil 6-28'e baktmz). Bundan sonra, (xv, ho +QeD) noktast tesbit olunur. Omek .6-3'de bu~
1// II
0,1
nun, teorik raf saylSlnm, grafik ile hesaplamast gosterilmektedir. Bcsleme rafJnm iist ktsmmda be§ adet teorik rafa ihtiyac; vard1r. AltmCI teorik raf, besleme rahd•r; c;iinkii, (x, , h,) noktas1 (x0 ,. h 0 + q , 0 ) noktas1 ile birle§tirilecek yerde (xw• hw-q,w) noktas1 ile birle§tirilmi§tir. ,Besleme aktmmm altmc1 teorik rafa giinderilmesi gerekmez. Besleme aktm1, altmct rafm alt ktsnuna giinderilecek olursa, altmc1 raf besleme rafmm iistiinde yer ahr. Bu takdirde grafik c;iiziim, (x6 , h,) ve (.t 0 , h0 + q , 0 ) noktalann1 birle§tiren kesikli dogru tarafmdan giisterildigi gibi, 1 inci raftan 5 inci rafa kadar aymd1r. Altmcl rafl terk eden buharm hile§imi, bu durumda y 6 = 0,577; besleme ak1m1 altmc1 rafa gi:inderildigi takdirde ise 0,565'tir. Diger hir deyimle besleme abmt, altm rafm altma gi:inderilecek olursa daha fazla teorik rafa ihtiyac; hfisll olacakt1f. Aym §ekilde, besleme ak1m1 altmCI rafm iistiinde bir rafa giinderilecek olursa, ayJrma i~in liizumlu teorik raf sayJSl, yine artacaktn.
~Oziimil.
de~erler lllla~dadtr.
ho = 16 kgr.kal/kgr
q
+ q,o =
508,5
+ i6 =
524,5 kgr.kal/kgr
(xo ,ho +qeD) nokt3st Ue (x F, hF) noktasmdan ge~en dogru ~izilir ve bu do,8runun, x = xw do~rusunu kesti8i nokta bulunur. Kesi~me noktast (xw, h w- QrW) koordinatlarfna sahiptir. Diyagramdan hw - q rW = - 282,5 kgr.kal/kgr deS~ri bulunur. 1 Omek 6-3 i~in se~iln:rl$ bulunan bile~imin prati.kte karsdn!lllan bir hfile t~kabtil etmesi gerekmez. Bu ~ekllde bir bil~imin se~ilmesinden mr1ksat. Ornek 6-4'e nit diyagramm. kolonun alt ve list ktsi..Oll.en i~iu kart~tk blr hal ulmasmm Onknmesidir.
320
321
Llizumlu ·teorik raf saylSlntn grafik ile bulunmasma, kolonun ba~ veya taban ktsmmdan ba~lanabilir. Sekil 6-28'de bu i$e, kolonun ba~ ktsmmdan ba:
K uII am Ian so6" utma ,suyunun dcb"1st.
saat
(b) Ornek 6-3'te qc= 6.102.000 kgr.kal/saat olarak bulunmu!}tur. Buna gOre,
273.600 kgr/saat
kgr 1 saat 1 It · . 273.600 - - X - - --.- X - - = 76 lt/samye
altmct rafttr. Istbcmm (buharla!;itmct) kullamlmast halinde. tsttlctyt terk eden buhar ve stvt fazlann dengeye eri!;imi!;i olduklan kabul olunur; bununla beraber, bu her zaman ir;in dogru olrnayabilir. Bu sebepten, tstttct teorik bir raf saythr ve lO adet teorik ra.fa ihtiyac; vardtr.
= 6.102.000 (49 26,?)
3.600 santyo
1,0 kgr
=
(c) Ornek 6-3'te q~ 5.933.700 kgr.kal/saat olarak bulunmu~tur. Bubar tablosuna (su buhan tablosuna) baktJ~IJWZ zaman 2,38 + 1 =3,38 atm. basmca sahip doym~ buhann bubarl~ma gizli ISISmm 513,75 kgr.kalfkgr oldu~unu gOrliriiz. lslhctmn tSttma yiizeyini terk eden kondensat, doymu.., stv1 olarak sistemi terk etti~i takdirde, su buhan sarfiyatt .,a~tdaki kadard~r:
500
.
Su buhan sarfiyah
I
( XD,hD +qCD)
_J__
/; I
Doymus buhar I
-100
If (
-200
I
/3al"% v I lj r; I!J
a.
c
I
I
/1 t:-1' /1
/7
/
93rc 1
w
Buna gOre
ho +qeD
/ I
uoymus SIVI (XF,hF)
0
0,1
kgr.kal/kgr
so~utma
suyu sarfiyati,
= 456
226.000 kgr/saat
= 63,0
11/saniye
kgr.kal/kgr deAerine sahip nokta, diyagram iizerine
konur. Problemin
,ekil 6-29'da gosterilmektedir. $ekil 6-29'dan h w- q,w = -236 kgr.kal/kgr bulunur.
I (
Buna gOre,
q,w= 48,15 + 236 = 284,15 kgr.kal/kgr q, =
W
q,w = (18.000) (284,15) = 5.114.700 kgr.kalfsaat
-
(xw,hw -qrw l
I
= 456- 35,6 = 420,4
456 kgr.kal/kgr
(a) ktsmmda: ve ~ekil 6~28'de a~tklamalan yapllan ~Iemler, aynen tekrarlamr. Bu yeni !fO-
1/
I
Lo =75 (H1 -l~o) + H 1 = 3,5 (129- 35,6) + 129 =
5.045.000 49-26,7
/3 2
= ho = 35,6 kgr.kalfkgr
q, = Dq,o = (420,4)(12.000) = 5.044.800"" 5.045.000 kgr.kal[saat
/
-300
+ q,0 q,,o
I II
r~~ ~/ J v"£, ¥. 1/?/ j/ 41/ f1
nJ
ho
I
/j
200
~
;/;II /;_ /j_
300
11.549 kgrfsaat
(d) Riflaks kaynama temperatliriinde kalona girecek olursa, /r0 olur. (6-38) numaral1 e~itlik.t~n.
~
400
5.933.700 513,75
l
. Su buban sarftyalt
5.114.700 , 513 75
9.955 kgr{saat
Komponentlerin aynlabilmesi i!l-in yakla~tk olarak 11,8* rafa ihtiya!t vardtr ve distillenecek kan~un, tistten alhnct teorik rafa gOnderilmelidir.
6-26. Ri.llaks or~mm teslri. KISlm 6-18' de agiklandtgi gibi, belirli bir besleme aktmi ve riflak!l temperatiirii igin liizumlu lSI ihtiyaci, uygulanan riflaks oram tarafmdan tesbit olunur. Liizumlu teorik raf saylSlna riflaks oramnm tesiri entalpi - bile~im diyagrammdan giiriilebilir. Riflaks oram artmldtgi tak-
0,2 0.3 0,4 0,5 0,6 0, 7 0,8 0,9 1,0 Benzenin a(l1rl1k fraksiyonu
* Teorik raf
say1s1 olarak tam say1 ele g~mezse, tam say1 ele g~ecek ~ekilde riflaks
Hakikatte bu de~tirmeye ihliYill' yoktur. (;Unkil raf randtbuhar-stvt dengesine ait bilgilerde mevcut l';llpheli durumlar, kesirli saytlarm yuvartattlmasmdn.n daha bliyilk yandmalara sebep olurlar. biraz
de~i~tirilmelidir.
mantnda~
$ekil 6- 28. Ornek 6-4 (a)'nm <;oztimti.
Catallal; -- Kimya Mtihendisligine Gu·i!
F .21
323 322
1,
1
soor--t--+--1--~--~~--(x~o~·h~o~+Tq~co~l~~
;£/-1-!l-1
400 r-+---+--+--+---+---1-l--+#-A
)1/
bir aytrma 1~m gerekli teorik raf say1s1 mmnnum olur. Bununla beraber, bu pratik gah§ma metodu degildir; giinkii boyle bir durumda, ba§ iiriiniin miktart Siftr ve ba§ iirliniin birim kiitlesine isabet eden tst ihtiyact sonsuzdur. Fakat, lilzumlu raf say1stmn minimum degerini giistermesi baktnundan iinemlidir. $ekil 6-30, tiim riflaks oram igin grafik ile teorik raf saytsnun tesbitini gostermektedir. Bn husus, daha i:ince §ekil 6-27'dc belirli bir riflaks oram i9in a91klanmt§ltr. (x , h 0 q, 0 ) koordinatlanna sahip nokta + oo'da oldugu igin, buna tekabiH 0 eden ve kolonun alt bsmma ait alan nokta (xw, hw- q,w) -='da bulunacaktu· (x., h,.) · ve (x 0 , h 0 + q , 0 ) veya (Xm-t, /~m_,) ve (xw, hw - q ,w) noktalarmt birle§tiren dogrular, hep bile§im eksenine dik olacakttr. Sekil 6-27'de giisterilen durum i9in 12 ila 13 teorik rafa ihtiyaG vardtr, §ekil 6-30'un gosterdigine gore, tiim .riflaks halinde 8 ila 9 leorik rafa il1tiyag hast! olmaktadtr. Tiim riflaks halinde besleme rafmm ger9ek yeri, kolonun iistiinden itibaren altmct teorik
+
rafttr. Riflaks oram azaltiiacak olursa, liizumlu teorik raf say1s1 attar. Riflaks oranmm minimum bir degeri almast halinde, teorik raf saytsl sonsuz olur. Bundan sonra daha kiiQiik bir saymm, fiziksel olarak bir anlamt yoktur. Hakikatte, riflaks orammn alt lhnitinin bilinmesinde fayda vardtr.
/177
- 100 H#-1jfh'll/fl+;--1--f----+-1--+--l-J--.-l
'/; 1/
-2 0 0 1-i'Hf/j''·#--+---t--f---+--1---1----l-J--.-l
v -300
0
rf.xy ty,jqrw)t---+--+--t--J--1----f-----1 0,1
0,2 0.3
Oaha uc;ucu komponentin ag1rlik fraksiyonu Sekil 6- 30. Tiim riflaks bali i~in grafik ile ~:;Oztim.
0.4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
Benzenin ag1rbk flaksiyonu ~ekil 6 - 29. Ornek 6-4 (d)'nin ~oziimii.
dirde, (6-21) numarah e§itlikten goriildiigii gibi, kondensor tarafmdan uzakla§tmlan ISI miktan q, ve buna bagh olarak da q,0 miktari artar. Bu noktanm yukanya dogru kaymaSI ile, her bir teorik raf tarahndan yapllan aymna, (y.-y.+>) veya (x,- x,+ 1) artar. Riflaks oram sonsuz oldugu anda (tiim riflaks), belirli
Su ana kadar aQiklamast yaptlan grafik ile 9i:iziim metodunu inceledigimiz zaman, operasyon dogrulanna [n = 1, 2, 3 ... degerlerine sahip oldugu yerlerde (x0 , h 0 q,0 ) ile (X., h.) noktalarmt birle§tiren veya m = f +2, f+3 degerlerine sahip oldugu yerlerde (xw, hw-q,w) ile (Xm-t, i!m_,) noktalanm birle§tiren dogrular J ait egimlerin, x. veya Xm_,'in aym degerleri i~in, bag! anti dog, rularmm egiminden daima daha biiyiik ohnas1 !ll.ztm geldigi goriiliir. Kolonun herhangi bir ktsnu iQin, operasyon ve baglantt dowulatl e§it egime sahip olurlarsa liizunlln .teorik raf saytsl sonsuz olur. Qiinkii, bu noktaya ait gra-
+
324 325 fikle Qiiziim metodu, a}~rmanm (y.- Yn+• veya -'n- -'n+I) s1hr oldugunu 'gosterir. Raf sayiSlnm sonsuz olmas1 halinde riflaks orammn alacag• degerin tesbiti, kolonun herhangi bir ktsmmda riflaks orammn azalmasma paralel olarak, operasyon dogrulan ile baglanli ·dogrulanmn Qaki§maslm gerektirir. Bu husus, besleme rafmm iist ktsmma isabet eden kolon boliimiinde baglanli dogrularmm x = x 0 dogrusuna kadar uzatiimalan ile gerQekle§tirilir ve bu arada, ha:ngi baglanti dogrusunun en yiiksek (h 0 + q, 0 ) degeri verdigine dikkat edilir. Besleme ,... rafmm altmda ise, baglant1 dogrulan x = x w dikey dogrusuna kadar uzat1hr ve bu arada, hangi baglimt1 dogrusunun en dii§iik (hw- q.,w) deq,0 ) geri verdigine dikkat edilir. (hw- q ,w)'nin bu degerine tekabiil eden (h 0 degeri. besleme rafmm iistiine dii§en kolon k1sm1 iQin bulunan. en yiiksek (h0 q, 0 ) degeri ile kar§Ila§tmlabilir. Bu suretle bulunan en yiiksek deger · bir limit degerdir, bu degere tekabiil eden riflaks oramna minimum riflaks orant 1 ad1 verilir. Minimum riflaks oramnda operasyon dogrusu ile baglanti dogrusu 9ala§an kolon k1sm1, komponentlerine aynlmas1 istenilen sisteme, besleme
+
+
akimmm bile§im ve entalpisine, ba§ ve laban iiriinlerinin bile§imine tabidir. Bu sebepten, kolonun tiimiinii kapsayan bir genelle§tirme yapmak miimkiin degildir. Bile§imi, bile§im smular1 ortasma yakm besleme ak1mlan takdirinde, besle§imi, bile§im s1mrlan ortasma yakm besleme akimlan takdirinde, besleme nokme noktalarmdan (x F' hF) geQen baglaut1 dogrusu, Qogu zaman Qah§ma~ kontrol eden ve ona yon veren baglanli dogrusudur. Sekil 6-31, minimum riflaks oram hususunda yukanda yapml§ oldugumuz aQiklamalari gostermektedir. Baglan!I dogrulan a'dan l'ye kadar diyagramda gosterilmektedir. Besleme rafmm iistiine dii§en kolon kismmda, uzatildigi takdirde, (xF, hF) noktasmdan geQen baglanti dogrusu f, (h 0 + q, 0 )'nin en yiiksek degerini verir. Besleme rafmm altma dii§en kolon kismmda ise, baglanli dogrusu f, (hw-q,w)'nun en dii§iik degerlerini verir ve bu sebepten (h 0 q, 0 )' nin en yiiksek degerine tekilbiil eder. Bu ornek iQin, besleme noktasmdan geQen baglan!I dogrusu minimum riflaks oramm tilyin eder ve bunun degeri (6-38) numarah e§itligi kullanarak bulunabilir.
+
(
~)
. =
:: =
1,82
mm
Ornek 6-5. ()rnek 6-3'te, a<;tklamast yapdan distilasyon i<;in a~Stdak.i hususlan hesaplaymiZ. (a) Tiim riflaks halinde~ liizumlu teorik raf saylSl? (b) Bu 1,1artlar albnda, minimum riflaks oram ve su buhan sarfiyatt?
COz!im.
·o..
(a)
Tum riflaks halinde problemin grafik ile sozilmti, ~ekil 6-32'de gosteril-
mektedir. (rn ~ hn) ve (y"'+t ~ H"'H) gibi koordinatlara sahip noktalan birle1,1tiren biittin dogrular dii1,1eydir. !stenilen ay1rmay1 yapabilmek i!{in, sekiz veya dokuz teorik rafa ihtiya!{ vardtr. Bir teorik raftn kesri bdlptanabildigi takdirde 8,3 teorik rafa ihtiya9 vardtr.
ro
c
w
140
12 5
I I lr
I
0 ol
I I
•
I
1/ 51 I I
I XD ucucu komponentin ag1rl1k fraksiyonu Sekil 6 ~ 31. Minimum riflaks oranmm bulunmast. Minimum riflaks oram, yanh~ anlamlara yol ac;maktadtr. Hak.ikatte bu de~er, mlimklin, olan biitlin minimum de~erlerin maksimumudur. Bununla beraber, bu terim berkes tamfm-
II
a.
I
II! I
2501 c ~wl w
I
I
i/
I
i/
'
I
I
I
I
!
II
I
I I
I
I
l/' xFh>
25
(xo,ho J
1
dan kabul olunmuktad•r.
I 2
I
I I ,~esleme /af1
I I
17
I
{
o
00
Q2
~
M
~
~
W
~
~
Benzenin ag1rlik fraksiyonu $ekil 6-32. Ornek 6-5 (a)'mn soziimti.
~
326
327
6-33'te muhtelif ba~lantt do~rulan ve bunlarm, x; xo ve r ; rw dogrula· + qc:o)'nin en yiiksek de~erini veren baglanh do~rusu, besleme rafmm UstUndeki kolon ktsmt i~in, besleme aktmtnt gQsteren noktadan ges=endir. Aym :'}ekilde (hw- 9rW )'nin en dii~iik de8;erini veren ba8lantt do~rusu, beslcme raftmn altmdaki kolon ktsmt i~in, besleme aktmtm gOsteren noktadan ge~endir. Bu sebepten, csonsuz raf bOlgesi» beS'le~e rafmda bultinmaktadtr. (b) ~ekil
nm kesimleri gOsterilmektedir. (ho
300 /
250
/ /
/
/
01
200
~ 150
~
Do• mus buhar I
100
·o. so! ) ,tw)
"'
/
/
/
/
/
/
/
/ /
/
/
1
I
-100 -1500
, ;;'J>" /
'
/
I
/
I
I
(xohol
6·28. {1plak buharla distilasyon, Sulu 96zeltilerin fraksinasyonunda laban iiriinii alarak su ele ge~er. Bu durumda en alt rafm altma veya lSltlCidaki SIVI fazm i~erisine, dagrudan dagruya ~1plak buhar gonderilir. Normal alarak mevcut alan 1s1 transfer yiizeyi, bu suretle artadan kaldmlm1~ alur. Kalonun tiimiinii kapsayan kiitle, kampanent ve entalpi dengeleri a§ai!Jda giisterilmektedir (§ekil 6-34).
S+F=D+W Sg 8 +FxF= Dxo+ Wxw
(6-45)
SHs+FhF = Dho+ Whw+q,
(6-46)
Benzenin ag1rlik fraksiyonu
SHs + FhF
(6-47)
Sekil 6 • 33. Ornek 6-5 (b)'nin ~ozifmu.
Yukandaki e§itliklerde:
v/
/
/
0,1
02 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1.0
=
Besleme noktasmdan ge~en ba~lantt do8;rusunun, x xo d?&rusunu kesti&i noktada (ho + qco )'nin de8;eri 271 kgr.kal/kgr'dtr. Buna gOre minimum rif}alg> oram, (6-38) numarab e~itlikten hesaplanabilir.
271-129 1 26 129- 16 = •
6·27. Klsml kondensiirler. Fraksinasyan kalanlarmda kullamlan kandensorler, ~a~unlukla tiim kandensor tipinde almakla beraber, baz1 hallerde kalandan gelen buharm bir k1sm1 ya~unla~tmhr ve bu ya~unla~an klSlm, sadece riflaks olarak ·kullamhr. Bu tip kandensorlere ktsml kondensarler ad1 verilir. Ba~ iiriiniin buhar halinde istenildi~i veya buharm tiimiiniin yagunla§tmlmasmm zar aldu~u hallerde kullamhr. K1sml kandeusorler kullamlmas1 balinde §U gibi durumlarla kar§lla§lhr. 1.
K1smi kandensorler, genellikle (1) ve (2} durumlan arasmda bulunan bir karaktere sahiptirler ve herkes tarafmdan, teorik bir raf alarak kabul alunurlar. Kondensorleri, diferansiyel kandensor alarak ~ah§acak ~ekilde prajelendirmek uygun de~ildir; ~iinkii, buna e~it bir ay1rmay1 yapacak bir rafm kalona ilavesi daha ekanamiktir.
/
'Dwm -J;> s11f,
/
3. Buhar, diferansiyel bir ya~uula§maya ugrar (kiSim 6-ll'de a~1klanan diferansiyel distilasyon operasyonunun aksi olan bir olay}; bu durumda kondensor, bir adet teorik rafa e§ittir.
// I
.<..(l}-h")
0 -50
Kandensiirii terk eden buhar, yogunla§an kis!mla denge halindedir.
/
/ / /
/
/
/
'
v'
/
/
/
/
/
I I
~
~
/
2.
Kondensorii terk eden buhar,
yo~unla§an
klSlmla aym bile§ime sahiptir.
=
D(ho + q,0 )+ Whw
(6-44)
~ = su buharmm debisi, kgr / saat c
Hs= su buharmm entalpisi, kgr.kaljkgr Ys
=
daha u9ucu kamponentin, buhar fazmdaki a~rrhk fraksiyanu
Normal alarak, kullandan su huhar1 u~ucu kamponent ihtiva etmedigi i9in y s 'nin de~eri s1f1rdu.
~.
w v
'W
hw
Distilasyan operasyanunun riflaks aram belirq,o) koordinatlarma sa- Sekil 6-34. Ciplnk buhar kullanan kolonun klitle v,e ener~ hip nakta, daha evvel 391klanch~I §ekilde diyag- ji dengesi. ramdaki yerine yerle§tirilebilir. Besleme rahmn iis· tiinde yer alan kalon lasnu iQin (6-34}, (6·35) ve (6-37) numarah e§itlikler; kon· densor iQin ise, (6-18) den (6·20}'ye kadar alan e~itliklerin hepsi uygulanabilir. Liizumlu su buharmm miktar~ (6-44}, (6·45} ve (6-47) nnmarah e§itlikler yar· tildi~i takdirde, (xo, ho
+
328
329
dmu ile hesaplamr. Besleme akimma su buhanmn katlimas1 ile te§ekki.il eden kari§Imi, (xM, liM) koordinatlan ile gi:isterelim. Bu durumda a§agidaki kiitle, komponent ve entalpi dengelerini kurabiliriz.
M=D+W MxM = Dxo+ Wxw MhM = D (ho + q,o) + Whw
smi birle§tiren dogru iizerinde de bulunmahdir. Bunlardan faydalanarak a§a· g1daki e§itligi yazabiliriz: (6-51)
(6-48) (6-49) (6-50)
Buna giire (xM, hM) noktas1, (xw- hw) noktas1 ile ~"o• h 0 + q,0 ) noktasm1 bir· le§tiren dogru iizerinde bulunmahdu. Aym zamanda (xM, hM) noktas1 (6-44), (6-45) ve (6-47) numarah e§itliklere giire, (y s, H s) noktas1 ile (x F, h F) nokta-
(6-51) numarah e§itlikte S hari~, diger biitiin degerler bilindigine giire S hesaplanabilir. Riflaks oram belirtilecek yerde, su buhan kiitlesinin distillenecek akimm kiitlesine oran1 belirtilecek olursa, yukandaki i§lemlerin suas1 yiin degi§· tirir ve (xo, ho + q., 0 ) noktasi bulunur. (6-44), (6-45) ve (6-47) numarah e§it· likleri yeniden diizenleyelim.
F=D+(W-S) FxF
=
Dxo+(Wxw- Sys)
FhF
=
D (ho + q,o) + (Whw- SHs)
N ak1mmm bile§imi xN ve entalpisi hN ise, bu ak•m a§agidaki e§itliklerle belirli kihmr.
N=W-S NxN
=
Wxw- Sys
NhN
=
Whw- SHs
+
Sekil 6-35'te giisterildigi gibi, (xr, hF), (xo, ho q,o) ve (xN, hN) koordinatlarma sahip noktalar, diiz bir dogru iizerinde yer almahd1r. Bundan ba§ka, besleme rafmm altmdaki kolon kism1 icin a§agidaki kiitle ve enerji bagmblan yaZilabilir. Bu hususta §ekil 6-25'in biraz degi§ik bir modelinden faydalamlabilir. Bu modelde ISIIIcidan gecen buhar, §imdi Ciplak buhard1r ve kolonun alt kismmdan alman s1v1 faz ise W akimidir.
0.
-
"@ c
w
Lm-1- Vm= W- S
Lm-JXm-1- VmYm
=
Lm-t hm-I- Vm Hm
=
N Wxw-Sgs = NxN Whw- SHs = NhN =
"yukandaki e§itliklerde m, besleme rafmm altmda yer alan herhangi bir raft1r.
0
1 Bile!>im daha ucucu komponentin ag1rl1k fraksiyonu
~kil
6 • 35. C•plak buharla distilasyon probleminin gi:afik ile
~ozUmU.
Liizumlu raf sayiSIDIU grafikle coziimii, §ekil 6-23'de giisterilen ve besleme rafmm iistiindeki kolon k1smma ait olan ciiziimiin aymdir. Bu durumda yegiine fark, (Ym, Hm) noktasmm bulunmasmda (x N' h N) noktasmm kullamlmayip (Xm-1' hm-1) noktasmm kullamlmasidir. Grafik ile ciiziime, S!Vl faz bile§imi Xw degerinden kiicilk veya e§it olan bir degere eri§ilinceye kadar devam edilir.
331
330 Ornek 6-6. AB:uhk yiizdesi olarak % 26 amonyak ihtivi eden sulu bir amonyak gO~ zeltisinin, komponentlerine aynJmasi igin 12,7 kgrfcmtt mutlak (12,2 atm.) basmg altmda gah~an. bir fraksinasyon kolonu ku1Iamlmaktad1r. Ba~ tirlin (a8trhk fraksiyonu olarak) 0,995 taban iiriinii ise 0,020 amonyak ihtivll etmektedir1 • Kolonu besleyen kan$tm 93°C (entalpisi 52,4 kgr.kaljkgr) derecede bulunmaktadir. Kalona bir adet tlim kondensOr ba~lanmi$ olup, bu kondensOrii terk eden stvt faz ~6,7°C (entalpisi 29 kgr.kal/kgr) derecede bulur·maktadtr. Kolonun en alt rafma, 14 kgr/cm 2· mutlak basmgta doymu$ buhar g1plak olarak gOD.derilmektedir. Riflaks oram 1,0 kgr riflaks/kgr ba$ tiriin'dtir. Buna gOre, a$a&tdaki hususlan cevaplandmmz. (a) Besleme aktmmm (distillenecek !rOzeltinin) 1 kiiogramt i!;in, liizumlu su buhan sar· fiyatmt hesaplaytmz. (b) Kolonun tiimii i9in, Jiizumlu teorik raf sayiSlm hesaplaymtz ve besleme rafmtn ger9ek yerini tesbit ediniz. (c) Su buhannm tsthct (e~anjOr) borulan i!rerisinde yogunla$mast halini gOz Online alarak ve taban iiriinii i~erisinde sistemi terk eden amonyak miktannm aym kaldtJim1 kabul ederek, taban iiriiniiniin yeni bile$imini (amonyagm aS:trltk fraksiyonu olarak) bu{unuz.
«;Oziim. Amonyak-su sistemi i~in ltizumlu bilgiter, (12,7 kgrjcm1 mutlak basmt;:ta) 12 ye 13 numarah tablolardan (kitabm sonundaki) ahmr. (a) Distilasyona ti\bi tutulacak kaw;tmm, ball ve taban tirlinlerinin, ~tplak buhann bile$im ve cntalpilerini gOsteren noktalar, entalpi-bil~im diyagramma yerle!)tirilir ($Ckil 6 _ 36). (6- 38) numarah e!)itiikten faydalamhr.
Lo
D
h0 KondensOre kgr.kaljkgr'dtr.
giren buhann
=
(ho
+ Q,ol- H1 H 1 -ho
+ q,o = {5- (H,- ho) + H1 entalpisi Hl' tablodan okunur ve
bunun de~eri
324,7
Buna gOre, Ito
+ q, 0 = (1.0) (324,7- 29) + 324,7 = 620,4
kgr.kal/kgr
(xw ,hw) ve (xo,ho +qeD) noktalanm birl~tiren dogru, (y3 ,H,) ve (xy,hF) nok.talaruu birle$tiren dogruyu (x M, hM) noktasmda keser. Bu sebeple, (6-50 numarah ~it likten a~a&tdaki sonU!f· '.;tkanhr.
s (252.4 -52,4) [:" = (666 252,4)
200, 413 6
= 0,484
kgr su buhanjkgr besleme ak1m1
(b) Bu soruyu cevaplandtran grafik gOziim, ~ekil 6-36'da gOsterilmektedir. lstenilen ayrrmantn yaptlabilmesi i~.Tin be~ adet teorik rafa ihtiya~ vardtr. lstttct (buh~?Ila!ltlnct) kullanllmadt&t i~in, be, adet teorik raf bu i!)i gOriir. Distillenecek aktm, kolonun list klsmtndan itibaren ikinci teorik rafa girmelidir. (c)
Ctpl~k buhar kullamldt8.t zaman, taban iiriinli i9erisinde
amonyak kaybt W xw
kgrjsaat'tir. COztime btuilangt!t ve temel: 1 kgr distillenecek aktm:
S (6-44) numarall
~itlige
+ F = 1,484
gore: W
+ D = S + F = 1,484
Aym zamanda,
+
W (ho q, 0)- hM D = hM- hw -
(620- 252,4) = 367,6"""" 5,25 70
(252,4 -182,4)
W=5,2S D
0.6 0,7 aa Amonyagm agJrlJk fraksiyonu l,lekil 6 - 36. Omek 6-6'mn
o,g
1,0
~oztimU.
Taban iiri.iniiniin bile$im.i hakikatte, se9ilen bu de&erden ~ok daha yiiksektir; d~Uk Se!(ilmesinden maksat, grafikle ~Oztimiin 90k a91k bir $ekilde gOsterilebilmesidir. 1
Bu sebeple,
W=
(5,25) (1,484) - 1 246 6,25 •
Taban liriiniind~ki o.monyak miktan, W xw= (1,246)(0,02)
= 0,0249
kgr amonyak/kgr besleme ak1m1
333 332 Isltma ortam1 olara.k. kullandan su buban, bir C$an~r ic;erisinde yer ald1j1 zaman da, bu miktar (W rw 0,0249) amonyak laban firUnline gej;ecektir. (6-13) ve (6-14) numarah e;itlik!erden istenilen sonuc; c;Ikanlabilir.
=
!l
gelen 1st kaybmm tek tek bilinmesi veya hesaplanmasmt gerektirir. Bu tak. de, her teorik rafa isabel eden tst kaybt (sabtt olmas1 gerekmez) hesaplanad If bilir.
D=l,O-W
(0,995) (D)
= 0,26- 0,0249
(0,995) (1,0- W)
w- 0•760 ~o764 0,995
'
= 0,235 0,0249
xw- 0,764 =0,0326
6·29. Bubann sm damlaclklan ~as1. Fraksinasyon kolonunun <;ali§· mas• esnasmda buharm s•v• damlactklan ta§Imasmm tesir~ entalpi - bile§im diyagrammt esas alan grafik <;ozum i§leminde goriilebilir. Bu durumda bir raftan yijkselen buhar, yalmz doymu§ buhar olmay1p, aym zamanda bir miktar da s1v1 damlaciklart ta§Ir. Bu sebeple entalpisi, sa£ doymu§ buhar entalpisinden daha azdtr. Teorik bir rafi terkeden buhar ve SIVI fazlarm dengeye ula§ttklan kabul olunur ve bu fazlar baglantt dogrusunun iki ucunda iki nokta ile giisterilir. Buharm SIVI damlaCiklan ta§tmas• halinde de, kan§lml giisteren nokta yine baglantt dogrusu tizerinde yer al~r, fakat buharm entalpisi sa£ buhar entalpisinden azd1r. Bu durumda, buhar - s1v1 damlac•klan kar•§•mmm entalpi - bile§im durumunu giisteren egri, doymu§ buhar egrisinin altmda yer ahr. Sekil 6-37, co" zumu daha evvel §ekil 6-27'de giisterilen problemin, yeni cozumtinii giistermektedir. Bu yeni <;iiziimde, sa£ buharm her kilogrammm 0,25 kilogram SIVI faz ta§•d•g• hususu, kabul olunmu§tur 1. Bu iki §ekli kar§lla§l!rd!glmiZ zaman, buharm s•v• damlaclklan ta§1mas1 halinde, raflarm gorevlerini istenildigi §ekilde yapam•yacag. ve bu sebeple, daha fazla teorik rafa ihtiya<; oldugu gorUitir. Bu §ekildeki bir problemin ciiziimunde, coziime kolonun ba§ klsmmdan ba§layacak yerde, alt klsmmdan ba§lamak daha kolaydtr.
Cl.
ro
c
llJ
6·30. 1st kaybmm tesiri. Kolondan kaybolan IS!nm tesirini, (6-17) numarah enerji dengesi e§itligine bir terim katarak goz online almak mumktindur. Kolondan 1s1 kaybmm degeri qh kgr.kaljsaat kadar olsun. Bu takdirde enerji dengesi e§itligi, a§ag•daki §ekli ahr:
FhF+q,
=
Dho + Whw +q.+q•
(6-52)
Sadece 1smm kaybolmas• sebebi ile, kutle dengesi e§itliginde bir degi§me meydana gelmez. qh terimi, q, ve q, terimlerinin sahip oldugu anlam• la§!ffiaz; cunku, belirli bir noktada sistemden 1s1 almmasm• veya sisteme •s• verilmesini giistermez. Is• kaybmm kantitatif hesaplanmast, kolonun her ktsmmda meydana 1 Bu deger, pratikte kar~tl~llanlara nisbetle· oldukc;a yliksek bir degerdir. Bundan maksat, $Ckil 6~27 ile 6~37 arasmdaki farkr iyi bir $Ckilde gOrebilmektir.
Daha ucucu komponentin a~Jirlik fraksiyonu Sekil 6-37. Bubar faztmn stvl damlactklan ta~tmast bali.
6-31. Kiitle ve enerji dengesi C1'itliklerinde kullamlan birimler. Her ne Kadar ktstm 6-18'den 6-SO'a kadar verilen kutle ve enerji dengesi e~itliklerinde miktarlar kgr/saat, bile§imler aguhk fraksiyonlan ve entalpiler kgr.kalfkgr olarak verilmi§se de, bunlarm yerine mol-kgr/saat, mol fraksiyonlan ve kgr.kal/ mol-kgr birimleri de kullamlabilir.
335
334 6-32. Me Cabe - Thiele diyagram1 1• Entalpi - bile~im diyagrammdaki, doymu~ buhar ve doymu~ sivi egrileri birbirlerine paralel ve diiz dogrular halinde ise, fraksinasyon kolonundaki teorik raf sayismi hesaplamak i~in diger bir metod kullamlabilir, Komponentlerin miktarlan kilogram ve bilqimleri ag~rhk fraksiyonu olarak okiilecek olnrsa bu bagmt1, ~ok nadir hallerde dogru sonu~ verir. Diger taraft~ miktarlar mol-kgr, bile 0imler mol fraksiyonu ve entalpiler kgr.kaljmol-kgr olarak iilciilecek olursa, daha dogr11 sonuq ahmr. Buhar ve sivi fazlara ait ental pi- bile§im diyagramlanndaki bu paralellik kabul edilecek olursa, besleme rafmm iistiindeki kolon k!S!m iQin L,jVn+l oram (mol oram) ve besleme rafmm altmdaki kolon kismi iGin ise Lm-dVm oram (mol oram) sabit olur. Ornegin, (§ekil 6-38)'deki abd ve ace iiQgenleri benzer ii<;genlerdir. Buna gore, a§agidaki bagmt1 yaz1labilir.
ab
',~
ac
Aym dii§iinii~, besleme rafmm altmdaki kolon kismma da nygulanabilir.
y~m
= Vm+l::::::
Ym+2
= ......
ad
=-=-:-
ae
K1s1m 6-23'den de a§ajl;Idaki bagmt1lar yazilabilir.
ve
I II I
/3
Bunlara benzer §ekilde L,./'i, = L,jV, .. : .razJlabilir.
L1
v,
L.
L,
=
v; =
·••
-- v.+,
/2
I I I
11
(6-53)
Yukandaki oranm degerini gostermek iizere k knllamlacak olursa, Ln = ~Ikanhr. Bnna gore, her hangi bir n rafmm kiitle , dengesi a~ag1daki §ekilde yaz1hr.
k \'"'', [_,_, = k V" bagmt1lan
Vn(l,- k) = \'n ,,(1- k)
Vn
1
=
Vn+t
ve
Ln-1
= Ln
L1
=
L2
= ...... =
L.
(6-54)
V1
=
V,
= """ =
Vn+J
(6-55)
Ind. Eng. Chem., 17: 605 (1925)
Daha u<;:ucu komponentm ag1rl1k fraksiyonu Sek.il 6 . 38. Stvt ve buhar Jazlarma ait sabit molal ta!}ma ve sabit molal
buharl~ma.
337
336 h:olona giren riflaks, kaynama temperatiiriiniin altma sogumadigi takdirde, ••• hususu kabul olunabilir. (6-53)'den (6-55)'e kadar olan e§it; likler tarafmdan gosterilen §artlara sabit molal ta~ma ve sabit 11wlal buharla,
Ym =
L,;\·, ; I" 1/V7
6-33. Besleme raimm. iistiindeki kolon lusm1. Sabit molal ta~ma ve sabit molal buharla§ma durumu goz oniinde bulunduruldugu takdirde, besleme rahlll!} iistiindeki kolon kismi iQin (6-34) ve (6-35) numarah e~itlikler (molal birimlerle) a§agidaki §ekilde yaz1hrlar. (6-34) (6-35) (6-M) ve (6-55) numarah e§itliklerdeki buhar ve SIVI faz1 ak1mlan (molal birimlerle) sabit oldugu iQin, V ve L terimlerinin althklan kullamlmayabilir (6-34) ve (6-35) numarah e§itliklerde, bir terim yerine digerini yerle§tirmek ve sonra e§itligi yeni ba§tan diizenlemek sureti ile a§agidaki sonuQ Qikar~labilir.
L
D
Yn+l ~ L+D Xn+ L+D Xo
L Xm-1 L-W
Wxw L-W
--
L ve V terimleri,
besleme rahmn altmdaki kolon ktsmina ait larmm molal debilericlir. (6-59) numarah e§itlik ise, x - y C\iyagrammda yer alan, diiz bir dogrunun denklemidir: Bu dogru, besleme rafmm altmdaki kolon kismmm operasyon dogrusudur.
Genellikle, L, L'ye _ve V, V'ye e§it degildir. Besleme rafmm alt veya iistiindeki kolon k1sm1 iQin, buhar ve SlVI fazlarm debileri arasmdaki bagmt~o besleme aktmmm entalpisine tllbidir. Besleme rafmm kiitle, komponent ve enerji dengeleri a§agidaki gibidir (§e" kil 6-39'a baktmz).
Fxp
+ Lxf-I + Vg/+1
SIVI
ve buhar faz-
v
Sekil 6- 39. Besleme rafmm kiitle 've enerji dengesi.
F+L+V=L+V
(6·56)
(6-59)
=
Lx1
+ Vgf
(6-60) (6-61)
Riflaks oram olan (L/D terimi) R ile gosterilecek olursa,
Fh.+Lh1-1+ VH1+ 1= Lh1+ VH1 (6·57)
If1 ve III+ 1 , l~t-• ve h1 arasmdaki kiiQiik ental pi degi§imlerini ihmlll edecek olursak, (6-62) numarah e§itlik, yeni ba§tan a§agJdaki §ekilde tertiplenebilir.
(6-57) numarah e§itlik, egimi Rj(R+l) olan ve y eksenini xo/(R+l) nob tasmda kesen bir dogrunun denklemidir. Besleme rafmm iistiinde bulunan kolon klsmma ait raflarm herhangi birinden yiikselen buhar f a7..mm bile§imi, bu rah terk eden SIVI fazm bile 0imi bilindigi takdirde (6-57) numaral1 e§itlik yarthmi ile hesaplanabilir. Aym §ekilde, bunun aksi de miimkiindiir. Operasyon dogrusu diye adlandmlan bu dogru, (:tn, Yn+I) koordinatlarma ve yukar1da bahsedilen egime sahiptir.
6-34. Besleme rab ve bunun altmdaki kolon Ius~. Besleme rafmm altmdaki kolon kismi iQin (6-40) numarah e~itlik, a~ag1daki ~ekilde yazi!abilir:
(6-62)
(6-63) (6-60) numaral1 e§itlikten,
F=(V-V)+(L-L)
I-L q=-r
(6·64)
diyelim 1.
(6-58)
1
mamen
t.
Bu bOllimde q terimi ile ba~tan beri tst miktai't gOsterilmektedir. Halbuki $imdi, tade1U~ik
Ca!ai!Wi -
bir anlam !qtmak.tadtr. Kimya MUhendisli~ine Giri$
F.22
338
339
F
=
(V- V)
V- V
+ qF
= (1-q)F
Yukandaki degeri (6-63) numarah e§itlige yerle§tirilip q'ya gore 90zelim. .Fh F
= (1- q)FH1 + qFh1 (6-65)
H1 ve h/in verilen bir seri degeri i~in q, besleme ahm1 entalpisine h F tfrbidir. Besleme akim1 doymu§ SIVI ise, hF = h1 ve q = 1 olur. Bu §artlar altmda V = V dir. Besleme akim1 doymu~ buh;r ise, he- H 1 ve q- 0 olur. Bu §artlar altmda L=Ldir.
(6-57) numarah e§itlikle verilen 6-35. Operasyon dogrulanmn 5izilmesi. ve besleme rafmm iistiindeki kolon liismma ait alan operasyon dogrnsu_(~!._
operasyon dogrusu )y = x dogrusunu (x = x D• ..11. = xD) noktasmda k.eser; bnna gore, (6-57) numarah e§itJikte X. degeri yerine XD konuJarak bir degi§im yapiJabilir. _Ds! __op..eras~_n_jogru~u"l!Il_;t_:_!/ cliy~gaJ1l~n_a. y_er!e_§tiril!Uesi, (;t = x D y = x D ) noktasmdan gegen veegimi R/(R±1Lolan_dogr_l!Yll9i!'ll1."kle ya~;nl1r {§~kil6-40). Dst operasyon dogrusu y eksenini xD!R+l noktasmda kestigi i9in, bu kesim iloktasi egimin dogru ahmp' almmadigim kontrol maksad1 ile kullamlabilir. (6-59) numarah e§itlikle giisterilen alt operasyon dogrnsu, y = x dogrnsunu x..-) noktasmda keser. (6-59) numarah e§itlik, L ve L arasmdaki bajlmti ve riflaks oranmdan faydalamlarak operasyon dogrnsunun egimini bulmak miimkiinse de; iist operasyon dogrusu ile kesi§me noktas1m bulmak ve bu ikinci noktayf kullanarak dogrnyu gizmek, daha uygundur. (x = xw , y =
6-36. Operasyon dogrulanmn kesim yeri. Alt ve iist operasyon dogrnlanm~ kesi§me yeri, riflaks oramnm R bir fonksiyonudur ve a§agidaki §ekilcl.e bu-lunur. (6-57) !l\l;,aral1 e§itlikten, ·· · · · (R
+ l)y = Rx + x 0
R(y-x) =
·- -"'
em c "' Q.• ~
c~
X0
-y
(6-66)
Belirli bir rah giiz iiniine almadigimiz igin, x ve y terimlerinin altmdaki raf numaralarmm bir degeri yoktur. (6-59) numarah e~itlikte L yerine L = qF + L degeri 'konulacak olursa,
l
(qF
+ L - W)y = (qF + L)x- Wxw
L(y-x) =
o o_O
t:E>-
(6-66) numarah e§itlikten, D(x 0
-
W = F- D ve lim.
XE
x--
X2
X1
Xo
1.00
Daha ucucu komponentin SIVI fazdaki mol fraksiyonu Sekil 6- 40. Rektifikasyon kolonu problemlerinin Me Oabe- Thiele metodu ile ~OzUmii.
W.~.,.. =
+ W(y-xw)
y) = L(y- x). Buna gore,
D(x 0 -y) = qF(x-y)
Alt operas yon dogrusu
Xw
qF(x~y)
+ W(y-x.,..)
Fxr ~ Dx 0 degerlerini, yukar1daki e§itlige
D(x 0 -y) = qF(x-y)
yerle~tire
+ Fy-Dy-FxF-1- Dx 0
Bu bagm!I, a§agidaki §ekilde basitle§tirilebilir. q q-1
XF
y~--x---
q-1
(6-67)
340
341
(6-67) numarah e§itligin giisterdigi dogruya, q d
-
~~>-n~- ;a~~n-~~'- Y_~--x ·~f~_~:-~~-~~-~~:=f.~~~~-~:~- ,_JL~--~-F >- --~
ve
--------~~-------·------- --~-~--
-----~----
(6-G5) numarah e§itligi ve q dogrusu egimi i9in yukanda yapmi§ oldugumuz tammi giiz oniine aJacak oJursak, U§agidaki sontt9Jan 91karabiJiriz.
X
~ekil 6 - 41. Distillenecek kan!ltm_u~ q do8;rusu iizer~ndeki tesirler~.
!q_.= d~~~-UJ~.I.!~~-1s_JS.~rt!$1!!!_~~uk stvl ~_1;!~~1l!!l~J-~---~~fi!:~_\!· rb = distillenecek kam11m kaynama noktasmda SIVJ oldugu zaman, q do~rusu
-~,.c---;;-aistmenecek~-kart~tm-·stvi---Ve~bUhat-~kafliiiDi--·oTctU~~u -iaman~-q--·do~rUSii~ ~-,.a ;;-arstatenecek--kaii~Im--doymu~bllhiir-·orCiu~u-·zanian;·-q--do-~rus·u-- -------~--~--~~ diSuiren-ecek-·kan·~~m--a~lftlSIDIDlibUhRr ___OtctuiU-·-zaman. q--·do~rusu --------------~-----~
-- ------ --- ----
---------
-------
• 6-37. Raf sayiSlnm grafik yardum ile bnlunmasJ. Tiim kondensor kullanildigi takdirde ba§ iiriiniin bile§imi, kolonu terk eden buhar fazmm bile§iminin aymd1r. Bu sebeple, x 0 = x, = y,. (6-57) numarah e§itlik iist operasyon dogru'suna ait oldugu i<;"in (xn, Ynnl koordinatlanna sahip biitiin noktalar, bu dogru iizerinde bulnnacaktir. Bu nokta, aym zamanda x = y diyagonali iizerindedir. · 13u suretle, iist operasyon dogrusunun diyagonal ile kesi§tigi a noktas1 bulunur (§,ekil 6-40'a bakmiZ). Dst rafm bir altmdaki rafa ait siVI faz bile§imi (x1), §oyle Gulunur: a noktasmdan yatay bir dogru ~izilir ve bu dogru denge egrisini kesinceye kadar uzatilarak b noktas1 (x1 , y 1) bulunur. b noktasmdan, iist operasyon dogrusunu kesecek §ekilde bir dik Ct = x1) inilir ve bu suretle c noktas1 bulunur. Bu noktanm koordinatlan {x1, y,)'dir. Aym §ekilde (x,, y 3) noktasi, c noktasmdan yatay bir dogru 9izip d noktasma (x,, y,) ve sonra bu noktadan, bir dik inerek e noktasma (x,, y,) eri§mek sureti ile bulunur. Bu i§leme, i§lemlerden biri q dogrusunu kesinceye kadar devam edilir. Bu noktanm altmda (ym, Xm- 1) koordinatlarma sahip biitiin ~oktalar, alt operasyon dogrusu iizerinde yer ahr ve yukanda U91klanan i§lemler, bu sefer denge egrisi ile alt operasyon dogrusu arasmda yap1hr. Bu i§leme de, yatay dogrulardan birinin xw degerini kes' mesi halinde son verilir. l§lemin ba§lad1gi a noktasmdan, son buldugu noktaya kadar 9izilmi§ bulunan ii~genlerin (abc, cde gibi) saylSI, bulunmasi istenilen teorik raflarm saylSld!r. x'in son degerinin ·''wile Qaki§mamasi halinde durum, Ornek 6-4d'nin dip notunda a(Iklandigi §ekilde diizeltilir.
do~rusu)
_Q~tiU~nece~ kan~rm, 3!ltn tsmmt~ buhar: '!F2.l!t .g_:~\.!_rf!l~$eri_____ _!l~-g~~·--'1 _!-!~~~~~~· e~imi pozitif ve !'den ktiytik (re do&rusu)
'
__Q!~~l!~~ecek kanstm, ka~ama nokt~s1 alhf!_~~--~~-~~: f:.L:~:;:. !!J : q~~-!J:n~i~!L~oz~!~LX-~--~~p. (ra
lhl~r\J ... tll
6-38. Me Cabe • Thiele metodunun iizeti. Tiil!l.J;gndensor ve_!:mharla§l!J:l£1y_a_ghiP__ql_gn ve .sl.e~~'LllJ]LQJ!.\]§a!l...hidr.aksinasyQ!J...J)Q]QJIJj]j_da, .ilis.tille.ne.c.ek Jc:l':'§'._ffiln _bil~§iliii_xF VL,'!_n_talEj~iJlL<>_ll!p; j:ItiJ1_ile§iliiL±-w _Q.l!!.n__\liLt~&an_ iiriinii el<:l.lLQhilJ)TI.J!ktgdii. 1.itzJunLuJ!:Qfil< _r,af sayisJmn Me Cabe- Thiele metoduna gore adiJTI a
-~
Distillenecek kans1m, doymus buhar: }J_£_;:;::_!11 , g_ = 9. q_ _9~~£.r}!§~_p.J,I.J!. _ej:imi = J.L (rd yatay
- biiy9J;:, JL11Qgrusunun dimi.J!9AtiC~:~~t~!:ci~IL.Jill.Y!iJ.
"«
Genellikle, besleme rafmm iistiindeki kolon kismma rel:"tifik111;yon ktSim, altmdaki kolon k1smma da striping k1smt ad1 verilir. Rektifikasyon k1smma zenginle§tirme ktsmt da denildigi olur.
x--.f
=
, q'nun degeri pozitif ve 0 ile
1. Denge e8;risi ve diyagonal (x = y) !tizilir (:;ekil 6·40). 2. Distillenecek kan~amm, doymu~ buhar ve stvt fazlannm entalpileri kullamlarak [ (6-65~ numarah esitlik] q'nun degeri hesap1amr. l XF noktasmdan gexen dii§CY doB;ru.. ~· dwagonali kestji!i noktadan (g noktast) gecen ve dimi qffq n olan, a dojlrusu ciZlhr.
. ~· R!(R ± 1) eSimi hesaplamr. Bu dime sahip olan ve (x 0 , y 0 ) koordinatlan ile J?chrh k1lman a noktasmdan ges:en do£ru s:izilir. Bu doj!runun y eksenini (x 0) kestiSi
343
342 nokta (j noktast), xo f(R + 1) deSerine sahip olmahdtr ...Bu list operasyon do8rusudur. dogrunun q dogrusu ile kesiey.mesi, h noktasmt tU_yin eder. noktasmdan
doAru cizilir.
pu,
alt operasyon do8rusudur.
tkinci adtm, q dogrusunun 9izimidir. 6rne£imizde q'nun dc£:cri 1 olup, q doSrusu dti· di£:er bir deyimle, y = xp dogrusunun devamtdtr.
~eydir;
(fgiincii adtm, kolonun rektifikasyon ktsmma ait list operasyon dogrusunun ~izimidir. tJst operasyon dogrusunun egimi Rj(R + 1) veya 3,5/4,5 = 1 0,778 dir. Buna gOre e£:imi 0,778 olan ve (x 0,974, y = 0,974) noktasmdan gec;cn list operasyon do£:rusu ~izilir. Bu do£:ru~ nun y eksenini kestigi nokta, grafikten 0,217 ol::tr:lk okunur. Bu deK:eri kontrol ~dclim; ke· sim noktast xrj/(R + 1) 0,974/4,5 = 0,217 de£erine sahip olmahdtr. Dst operasyon do£:rusunun, q dogrusu ile kesi~me noktast bulunur. Bu noktadan ve x = xw noktasmdan gc!Jecek alt operasyon do£:rusu (striping ktsmmm operasyon do.ijr~su) r;izilir (dOrdtincti adtm).
=
5. a noktasmdan
=
(kolonda daha fazla say1da raO. veya sekiz ve distillenecek kan~rm, listten dOrdlincii riofa gOnderilmelidir. Buharla~tincmm teorik bir rafa e!?it oldugu kabul edilecek olursa, koloD.da altl veya yedi teorik rafm bulunmast yeterlidir. Me Cabe - Thiele metodtinu kuUanarak, Ornek 6-4 (d) i9in llizumlu
Omek 6-7.
teorik raf saytstm bulunuz.
«;:oziim. nucunda, D
Sistemin tUm ktitle dengesi, ornek 6-3'de hesaplanm1s ve bu hesapl~ma sokgr ve W = 18.000 kgr olarak bulunmu$tur.
= 12.000
Distillenecek kan$tmm, bw;; ve taban iiriinlerine ait bile$imlerin, mol fraksiyonlanna gereklidir.
dOnij.~tiiriilmesi
0 E c
-c:
"'c "' N
L)
Distillenerek kan~tm, 40/78 = 0,513 mol benzen
60/92
= 0,652
mol toluen
I, 165 toplam mol XF
BIDJ iiriin,
97/78
=
0,513 1,165 = 0,440
= 1,2450
mol benzen
XF
3/92 = 0,0326 mol toluen 1,2776 toplam mol
S1v1 fazda benzenin mol fraksiyonu
1,2450 XD =
Taban iiriinti,
1,"1.776 = 0,974
= 0,0256 98/92 = 1,066 2/78
Sekil 6-42. Ornek
mol 'benzen
Be~inci adtm, operasyon dogrulan ile dcnge egrisi arasmda dik k0$cli basamaktann ~i· zimidir. Bu basamaklan sayarak, istenilen aytrma i<;in H.izumlu tcorik raf saytsmm 11 vcya 12 olacagt bulunur ve distillenecek aktm listtcn altmct rn.fa gOnderilmelidir. Buharla~tmct, miikemmel <;ah$an bir raf olarak kabul edilecek olursa. 10 veya ll raf kolon i~in yeterlidir.
mol toluen
1,092 toplam mol xw
=
0,0256 ' _ = 0,0234 1 092
<;OzUmtin ilk ndtmt, denge eB;risinin, xo
Dogrular diyagonali kesinceye kadar uzatihr
, xp
6-39.
ve
6~7'nin ~Ozi.imii.
dik do&rulannm c;izilmesidir. bakmtz).
xw
(~ekil 6~42'ye.
Logaritmik x- y diyagram1.
G,-ueu komponentin, b:15 iiriincleki ytizdesi c;ok yiiksek veya taban i.irtiniindeki yiizde!)i <;ok dii§i.ik ise; bu k1simlara ait teorik raf say1sm1n kesinlikle tilyin cdilcbilmrsi ic;iu, aritmetik koordinatlnra
345
344 sahip x- y diyagrammm Qok biiyiitiilmesi gerekir. Bu durumda, yiiksek ve dii§iik konsantrasyon boliimleri iQin ·' - y diyagrammm, logaritmik koordinatlara suhip bir grafik kag1dma Qizilmesi daha uygun olacakl!r. Dii;)iik konsantrasyon bOltimi.ine ait denge egrisi, hemen hemen diiz bir
dogrudan ibarettir ve y = m.T §eklindeki bir bagmti ile gosterilebilir. Raoul! ve Dalton kanunlarm~n kullan.I!abildigi hallcr i~in, m = P./P• (kis1m 5-6)'dir. Kolonun bu hsmmda, raftan rafa temperatiir degi§imi ~ok ufak oldugu kin P./P. oram, pratik amaQla sabit olarak almabilir. Yiiksek konsantrasyon boliimiinde denge egrisi diiz degildir; bu sebeple diiz bir dogru yerine, bilinen degerler yard1m1 ile egri .;izilir. Her iki duruma ait operasyon dogrulan da diiz olmayacakl!r. Bununla beraber, iist operasyon dogrusu i9in (6-.57) numarah e§itlikten faydalanarak (diyagramm iist ucunda Qah§Irken) hirkaQ nokta h.esaplanabilir. Alt operasyon dogrusu takdirinde (6-59) numarah c§itlik uygun degildir. Alt operasyon dogrusunun q dogrusunu kestigi noktadan ve (.tw' Ywl noktasmdan ge9en diiz dogrunun denklemini hesaplamak daha basittir. Liizumlu operasyon dogrusu, logaritmik koordinata sahip bir grafik kag1dma Gizildikten sonra, daha evvel kullandi- . gmuz ad1m adm1 90ziim teknigi uygulamr. 6-40.
Minimum riflaks.
Operasyon dogrusunun egimi Rj(R + 1) oldugu
iqin, R'nin artmas1 He egim de artar ve R sonsuz oldugu zaman egim 1 olur;
diger bir deyimle, operasyon dogrusu diyagonal ile gaki§Ir. Bu, raf say!Slnm minimum bir degeri almas1 dernektir; fakat, kolon kapasitesi sifirdir.
Sekil 6-43'de ac, ;;J, ;;;; ve df dogrulan, riflaks oranmda meydana gelen artmanm tesirini gostermektedir. ac operasyon dogrusu ile gosterildigi gibi, kii9iik riflaks oram takdirinde, operasyon dogrusu ile denge egrisi arasma ~izilecek dik ko~eli basarnaklar, g noktasmdan geQemezler ve g noktasma eri>mek iQin sonsuz say1da basamaga ihtiya~ vard1r. Basamaklarm hiQ bir zaman q dogrusuna eri§emeyecegi goz oniine ahmrsa, bu §artlar altmda Qah§ma teorik olarak miirnkiin degildir, ad operasyon dogrusir giiz oniine ahnma d noktasma eri§ilebilinir, fakat distilleriecek kan§Imm girecegi noktada sonsuz say1da rafa ihtiyaQ hasii olur. Bu, operasyonun gerQekle§mesini miimkiin k!lan en dii§iik riflaks oramc!Ir. ad operasyon dogrusunun egimi, (x', y') ve (x; x 0 , y; x 0 ) noktalanndan ge9ecek degerdedir. Bu miniqmm riflaks oramni R' ile gosterelim. Buna gore, R' xo- y' (6-68) R' 1 Xo -x'
+
R'
xo- y' g' -x'
=
(6 69)
ae dogrusu, minimum riflaksdan daha biiylik bir riflaks oram ile Qah§an operasyonu gostermektedir. Bu, sadece teorik bir deger olmayip, hakikaten miimkiin
2
v k(
1.00
0
>.
'iii .Y
~ 0.80 .-;/
0
v.
E l1l
-o c N
0.6 0
·- 0.40
IY-- f-/
l1l
1y
l1l
.r:
::J
.0
c '::J C> .Y
/ : 1/
0.20
/
! I' I
: I
I I I I
X
I
I
I I
/
I
I
/
I
IX~= X
/
020
I IXD
'
0.40
Alkolun s1v1 fazda Sekil 6--43. Minimum riflaks ornm.
r/
I
I
/
lJ
/
/
I
T
<(
/
Ct/
I
~
h'i
/
~/
7
0.60
0.80
mol fraksiyonu
Sekil 6 - 44. Etil alkol- su sisteminin denge diyagram1.
1.00
346
347
olabilen ~ah~ma ~artlanm gi:istermektedir. (.iinkii, belirli sapcla raf hesaplan-
mastm miimkiin kdan gi:istermekteclir.
af
dogrusu da diger bir limit
~arti
(sonsuz riflaks oram)
Her clurum iQin minimum riflaks oramnm hesabmcla (6-69) numarah e§itlik kullamlamaz. Denge egrisiuin yukanya dogru bir ic; bilkeylik gOstermesi halin .. de (Ornegin, ~ekil 6-44'de gOsterilen etalon- su k~U'I§ln11) operasyon dogrusu, absisin xF ve x 0 degerleri arasmda denge egrisini kesmemelidir. AB operasyon dogrusu (x' , y') noktasn:un altmda q dogrusunu kesse dahi kolon c;ah§mayacakttr. Boyle bir clurumda, denge egrisine i~ten teget olan AC operasyon clogrusunun egimi, minimum riflakst tUyin eder. 6-41. Entalpi- bile~im ve Me Cabe- Thiele diyagramlanmn knllamli~ yoniinden kar!ida~tmlmasJ. ~Ie Cabe - Thiele metoclunun aGtklam~st yapthrken, ental pi- bile§im diyagrami i.lzerinde doymu~ buhar ve doymn§ stvi egrilerinin diiz ve aym zamancla birbirlerine paralel clogrular olcluklan hususu i:inceclen kabul olunmn§tn. Bu kabul esas ahnarak, (6-53)'clen (6-55)'e kaclar alan ejitliklercle, raftan rafa yiikselen buhann mol saytst (ve aym zamancla raftan rafa akan stnmn mol saylSI) besleme rafmm tistiincle bir deger ve besleme rafmm altmcla cliger bir cleger olmak iizere sabittir. Her iki komponentin molal buharIa~ma 1smmm a~'nt oldugu hususu kabul olunarak da, yukandald sonuca vanlabilir. Diger bir kabul de iki komponentin kanjma ISllanmn ihmill eclilebileee).< kaclar az oldugudur. i\lc Cabe metoclunun meydana getirilebilmesi i<;in bu kabuller li.izumludur. 6rnegin, benzen- toluen sisteminde molal buharla~ma gizli ISISI, hemen hemen aymdn·. Bu komponentlerin kan§ma 1silan da stfndu·. Bu sebeple, benzen - toluen sistemi Me Cabe- Thiele metodunun uygulanabilmesi ic;in gerekli §ardara sahiptir. Dil?;er taraftan amonyok- su sisteminde komponentler, kimyasal yap1lan ve iizellikleri baknnmclan birbirlerinclen olduk~a farkhcltr. Bu sebeple, komponentlerin molal buharlajm:' !Stlan birbiderinden farkh olclugu gibi, i:inemli dereeecle de kan§ma ISISI vardu. Du durum kar§Ismda amonyak - su sisteminin, J\r1c Cabe Thiele metodunun uygulanabilmesi iQin gerekli alan jartlara sahip olmacltgt gi:iriihir. Ornek 6-G'da ac;ddamasi yapllan, amonyak su sisteminc ait ental pi- bilejim cliyagrammclan (~ekil 6-36) bu hususu gormek miimkiindlir. Doymuj buhar ve doymu§ SIVI egrileri, hem diiz bir dogru olmaktan ~ok uzak ve hem de birbirlerine paralel clegillerclir.
Ental pi, bile~im cliyagranum esas alan hesaplama metoclu, i:in oartlara ihtiyaQ gi:istermeyen onemli bir metoclclur. Bu sebeple, pratikte kar~tla~ttgmuz her cluruma uygulanabilir. Bunclan bajka, entalpi- bilejim cliyagrammm kullamlmasi, sistemin ihtiyac; gOsterdigi enerjinin miktanm cla ortaya koyar; bu sebep~ h.-.., bir fraksinasyon kolonunda meydana gelen her hususu gOz Online serer.
Diger taraftan, Me Cabe - Thiele metodu sadece bnsitle§tirici bazt on ~'\fl· !arm meveudiyeti ile yetinmez; aym zamanda uygulamada da bazt stmrlamalara sahiptir. Bu metodnn kullamh§mda siste~in enerji bagmulart gizlidir ve U)TI olarak hesaplanmast gerekir. Bu sebeple, entalpi bile§im diyagr~n.lln: kullanan metod bir ba,langt~ olaruk dalta uygundur ve sistemin daha tyt brr §C· kilcle anla§tlmasma imk~n verir. Diger taraitan Me Cabe- Thiele metoclnnun kullamlabilcligi bir~ok sistemlerde, bu metodun uygulanmast ~ok iyi bir sonug verit ve pratikte ziyadesi ile kullamhr. Bununla beraber, konuya yeni ba§layanJarm Me Cabe- Thiele metodunun uygulanubilmesi i~in gerekli biitiin ~~mr~~ malart iyi bir jekilde anlamt§ olmast gerekir. Boylelikle, uygulanmast mumkun olmayan sistemlere uygnlamak te§ebbtistinde bulnnulmaz. 6-42. Raf randlDiam. Bu ktsma kadar yapmt§ oldugumuz a~tk!ama ve hesaplamalar hep teorik raft esas almakta idi. Hakikatte kolonlar, ideal Qah§an raflarclan yaptlmamt§lardtr. Hakikl bir raft terk eden buhar fazt, stVI fazla den· geye erijrni§ buhar fazma nisbetle, u~ucu komponent baktmmdan daha f ak'Ifc1ir • Me Cabe- Thiele veya entalpi- .bile§im metodunun pratikteki bir durum~ uygulanmast halincle, te
Murphree rnf rnnd1mam'. Bu metod tek bir raim buhar ve stVI faz
bile~imlerini esas alarak, yalmz o raf i~in rand 1 ma~ 1 verir. Bir fraksinnsyon kolonunda n numarah (numaralama kolonunun ba~mdan tabanma doflru yapthr) rafm Murphree raf randtmam a1agtdald e!itlikle hesaplamr:
E = 100 g,- g,., Yn*-Yn.+t 1
Ind. Eng. Chern., 17: 747 -750 (1925).
(6·70)
348
349 .~
Bu e;;itlikte:
man ba§ ve taban iiriinlerinin bile;;imleri yerine raflardaki bile§imlere ihtiya9 gosterdiginden kullamh§ bakimmdan daha az uygundur.
= Murphree raf rand1mam
E y,.
rah terk eden buhann ortalama bile~imi
Yn+l
= rafa giren buharm ortalama bile;;imi
Yn •
= rafi terk eden SIVI fazla dengeye eri§mi§ olan buhann bile§imi
Bu tamm, Me Cabe - Thiele diyagram1 yard1mi ile kolayca goz oniine serilebilir (§ekil 6-45). acd ii9geni teorik bir rah, abe ii9geni ise hakikl bir raf1 gostermektadir. Teorik bir raf, kendisinden ge~en her mol buhan ' yn*- yn+l ':I' kadar U9ucu komponent9e zenginle§tirir ve bu husus, ac uzakhg1 ile gosterilir. Hakiki raf ise, buhar ve SIVI fazlann rafta belirli bir zaman temasta kalmas 1 sebebi ile, kendisinden ge9en her mol buhan, y.- Yn+I kadar uQucu kompnnentQe zenginle§tirir ve bu husus, ab· uzakhg1 ile gosterilir. Buna gore, Murphree randunam -;;b uzakhgmm ac uzakhgtna oramdu.
a~Ildanmas1.
Yukandaki tamm, kiitle transferi dii§iincesini esas ahr ve tiim raf randimamndan daha esash bir temele dayarur. Bununla beraber, goriildiigii gibi, daha 90k kiitle transferinin hlitatif tammma dayamr. 1 . Bundan ba§ka, bu rand11
Robinson ve Gilliland «Elements of Fractional
Bu tamm, teorik yonden biiyiik bir oneme sahipse cle pratikte pek fazla bir k1ymeti yqktur. Buna da sebep, rafm her noktasmda sivi faz bile§imini ,.e rafm tiimiini: kapsayacak bir deger iQin, entegrasyona ihtiyaQ gostermesidir. 6-45. Raf rand1manma iesir eden faktorler • projelendirmenin aynntdan. Raf rand1mam en iyi §ekilde, hakikl bir raf iizerinde buhar ve SIVI fazlann kar§Ihkh hareket tarzlanm giiz iiniine alarak incelenebilir. Kampana rafh kolonJarda kampana iizetinde buluna)l yanklar, SIVI faz i9erisine batmi§ durumdad1r. Raf savagm1 a§an sivi faz yiiksekligi, kampana yanklannm dalma derinligini kontrol eder. Yanklardan ge9en buhar, 90k say1da ufak habbecikler meydana getirir ve bunlar SIVI faz i9erisinde11 ge9erler. Kampimalar, genellikle birbirlerine yakm konulur ve bir kampanadan 91kan habbecikler diger kampanadan QIkan habbeciklere Qarparlar; bu suretle, fazlarm temas ~iddeti artar. S1v1 fazm iistiinde bir kopiik tabakas1 meydana gelir ve buhar faz1 bundan kurtularak raflar arasmdaki bo§luga ge9er. Kopiik tabakasmm iistiindeki k!simda buhar :·azi tarafmdan siiriiklenen ufak SIVI damlaCiklan vard1r ve bunlardan bir kism1 tist rafa ta;;mabilir. Rafm bir kenarmdan digec bir kenarma dogru SIVI abm1 meydana gelir. Bunun meydana gelmesi, raftan rafa SIVI faz akimim temin eden borularda hidrolik basm9 farkmm varhg1 ile miimkiindiir.
Fazlarm birbirleri ile temasma (dolay1siyle raf randm1amna) tesir eden faktorleri iki grupta toplamak miirukiindiir: birinci grupta, rafm plilnlamas1 ve yapnm, raf yi.izeyinde SIVl faz ak1m1; ikinci grupta, rah Orten SIVI faz i~erisin . . den buhar habbeciklerinin g<)Qi§i ve bu esnada quhar faz1 ile SIVI faz arasmda komponent transferi.
xSekil 6-45. Tek bir rafa ait rand1manm
6-44. Murphree uokta'randimam. Bir rafm farkh noktalarmda SIVI fazm bile§imi olduk9a farkhd1r. Bu sebeple, her nokta i9in, (6-70) numarah e§itlige benzer bir e§itligin kullamlmas1 miimkiindiir; fakat, sadece o noktaya aittir. Bu durumda buhar bile§imi, art1k ortalama bile;;im olmay1p, sadece o noktaya ait bile§imdir.
Birinci grup faktiirler takdirinde raf rand1mam, (aQJklanchgJ gibi 1) luzm dii§iik olmas1 halinde, buhar luzmm (kolonun tiim kesiti esas ahnarak hesaplanan) artmas1 ile birlikte artar. Bir luz alanmda, olduk9a sabit kahr ve luzm dalm fazla yiikselmesi ile dii§er. Sekil 6-46, ad1 ge9en eserden alman bu duru,!IIU giistermektedir. Statik ortme, kampana yanklanmn iist k1smmdan itibaren 6l9iilen SIVI faz yiiksekligidir.
Distillation:., 4 Uncii bask1, Me
Graw- Hill Book Company, Inc, New York (1950), sahife 447.
'
Peavy and Baker, Ind. Eng. Chem., 29: 1056- 1064 0937)
350
351
Buharm kampana yanklarmclan gec;i~i esnasmda sahip oldug·.J htz, genelliklf' kullambn Im~ s!mrlan ic.:erisindc, raf rand1mamna i.inemli bir tesir yapmaz. 'iekil 6-46'da gOrlilen eP;rih'l', aym zamandA Ortme yiiksekliginin tesirini de g6sterirler.
120
~ 100 N
v /
I:J
>-
c
rtl
80
E
--
£..
4
..........
3
~~
2
.....
I
/I
I / .....
I
1
i
_j
i
--- -
~
--
~~ 1
j
; 0,3
I
----
~----1 4-+-+~~~r-.._: I
60
- ----
0.6
0.9
\:" i"-
'
1,2
1,5
6-46. Raf rand1mamna tesir eden faktiirler - distilasyona tiibi tntulan kaiizellikleri. Raf randnnam, herhangi bir rafta buhar ve SIVI fazlan arasmda meydana gelen temasm tesirlilik derecesinin bir 6l9ilsil oldugu i9in, bu iki faz arasmda mcydana gelen kiltle transferinin h1zma tesir eden fakti.irlcr g6z Online almmaltchr. Raflarda buharla~ma ye yogunla§ma sebebi ile ISI transfori de meydana gelir. Bununla beraber, raf ramhmamna tesir eden esas fak!Or kutle transferidir. SIVI faz tarafmdan sanlmi§ bir buhar habbecigini goz online alalun. Sl\'1 fazdaki daha u~ucu komponent fazlarm temas yiizeyine difiizlenir vc orada bu~ Jrarla~arak buhar fazma kat1hr. Bubar habbecigindeki az uqucu komponent fazlarm temas ytizeyine difiizienir ve orada yogunla~arak srn faza katthr. Temas vilzeyinin iki tarafmdaki film tabakalarmda, ISI transferinde oldugu gibi, di;en9ler ve potansiyel farklan vard1r. Yalmz bu potansiycl farklan ISI transferinde oldugu gibi temperatilr farklan olmapp, konsantrasyon farklandu·. Isr transferinin ac;tklanmasmda kullmulan ve direnderi tek tck ele alan metodun burada da kullamlmasi milmkilndtir. Bn ~ekildeki bir aGiklama, hakikatcn ivi sonuc; vermi§tir. 1 Bununla beraber, ka:mpanah rafta birbir1eri i1e temasa gel~n buhar ve siVJ fazlan, akt~kanlar dinamigi yOniinden kan§Jk bir durum gOstermektcdir Ruf planlamasmda kullamlabilecek bir bagm!I iGin liiznmln bilgiler, yeteri kadar mevcut degildir. n~mun
Kolon i<;erisinde buhar h1z1, m/ saniyP Sekil 6 - 46. Bubar htztmn ve kampana yanklanm Orten stvl faz dcrinliginin, raf randtmanma tesiri: 1, Statik Ortme stftr; 2, Statik Ortme 13 mm; 3, Statik Ortme 25 mm; 4, Statik Ortme 51 mm.
Deneme maksad1 ile kurul6-47. Tiim raf randmrammn hesaplanmasi. mu§ Jaboratuar kolonlarmda olsun, endilstride kullamlan fraksinasyon kolonla-
:J
Stvt fazm raftaki ak1m1 esn!tsmda takip ettigi yolun da raf rand1mamna tesiri vard1r. SIVI faz rafta uzun bir yo! takip edccek olursa, rafm farkh noktalarmdaki SIVI faz bile§imlerindc biiyilk farklar goriililr. S1v1 faz rafa ilk girdigi noktada (bu durmnda u~ucu komponent~e zengindir), rafm aksi tarafmdaki bir noktaya (uGucu komponentQe fakirle§mi§) nazaran U9UCU komponent9e daha zengin bir buhar verir. Bu durumda buhar faz1, o rah tcrkcden SIVI fazm den· gede oldugu buhar fazmdan daha yiiksek konsantrasyonda u9ucu komponent ihtiva eder; bu scbeple, Murphree raf raudnnam, % lOO'iin ustiinde bir deger olarak ele ge9er. Bu degcre sahip ranchmaulara, ozcllikle biiyiik 9aph kolonlarda, s1k s1k rastlanmaktadrr. Murphree r!okta randmmm okiilerek rafm tiimiinii kapsayacak §ekilde entegrasyon yap1lacak olnrsa, % lOO'iin altmda rand1manlar eldc olunabilir. Rafm bir kenan ile cliger kcnan arasmda, raftaki SIVI faz yilksekligi bakrmmdan, biiyiik bir farlc mevcutsa raf, u,_.ngesiz bir durumdachr. (:iinkti, buhar faz1, iizer1eri siVI fazla Ortii.lmemi§ kampana yanklarmdan Qikar; bu sebeple, raf istenilen rand1mam vermez.
...
"2"' 100 >-' 80 c
rtl
E so
i'j
c ~ 40
-ro
E 20
I:J
1--
-
'
r--~·
-·
'I--
r
0
--
-- 1- -
+
+-
,-
'
= -- -·~-~
-!·
=
....-1--
·I--
1-
--
0 I--· OJ 0.2
-
··-··-
0.4 0,5 0,810
"
-- 1--
-
2,0
4,0 6,0 80 10
Daha u~ucu. komponentin relatif u~uculugu X, besleme ak1m1mn viskoz1tesi (santipoise) ~ekil 6-47. Raf rand 1mam ile ilgili ba8:mttlar. [II.E. O'Comwl, Trans. Am. lnst. Chem. Engrs., 42:751 (1946).] 1
Gerster, Bonnet vc Hess, Cliem. Eng. Progr., 47:523-527, 621 · 627 0951).
353
352 nnda olsun, raf rand1manma en Qok tesir eden faktor SIVI fazm viskozitesidir. Buna il~veten, komponentlerin rehllif UQnculuklan arasmdaki fark da aynca onem ta~Jmaktadir. Bu hususlan goz online alan O'Connell\ distillenecek kan~I mm viskozitesi ile daha UQUCU ki:lmponentin relll.tif uQuculugunun Qarpimim x eksenine ve tiim raf rand1mam da y eksenine yerle~tirerek bunlar arasmda bir bagmti kurmu§tur (§ekil 6..47).. Bu bagm!Ida re!atif UQuculuk, kolonun ba§ ve taban temperatiirlerinin aritmetik ortalamasmda hesaplannu§llr. Distillenecek kafl§Imm (siVI) molal viskozitesi ise, komponentlerin her birinin viskozitesini mol fraksiyonu ile Qarparak ve bu Qarpimlan toplayarak elde olunur. Her bir kom- . ponentin viskozitesi, ortalama kolon temperatiiriindeki viskozitesidir. Boyle bir bagmtmm kullamlmasi §u hususlarm kabuliinii ongoriir: (1) normal planlanmi§ bir kampanah raf kullamlmaktadir ve (2) kolon iQindeki buhar fazmm hizi, tiim raf rand1mamnm hemen hemen sabit oldugu degerler arasmdadir. Ortalama kolon temperatiiriinii ve distillenecek kan§nmn bile§inaini esas alan viskozitenin kullamlmaSI, sadece istenilen sonuca eri§ebilmek i~indir. Diger kabul olunan hususlarla birlikte tiim raf rand1mammn kullamlmasi konuyu fazlaca basitle§tirmekte ve sadece bu durumlarda kullamlabilir hale sokmaktadir. Laboratuarlarda veya endiistride kullamlan kolonlardan elde olunmu§ raf randJmanlan mevcutsa, aym yap1da ve aym Qah§ma §artlan altmda, bu degerlerin kullamlabilmesi teorik olarak bulunanlara nisbetle daha fazla tercih olunur. 1
necek kan~am yukandan itibaren 5,4'tincti rafa gOnderilmelidir. % 54'1Uk raf randrm3.nma gOre bu 5,4/0,54 = 10 uncu hakikt raf demektir. Bununla beraber, kolon c;ahsmasul.da degi$imleri miimktin kilmak i9in sekizinci, onuncu ve onikinci raflara distillenecek kan*1m gOnderilebilir.
Pratikte, distillenecek kan~tm daima aym bile~imi muhafaza etmeyebilir, denge d'.lfumu ile ilgili bilgiler hatah olabilir, otomatik kontrol uygulandigi halde riflaks oram degi~ebilir ve nihayet raf rand1mam haU\h olabilir. Bu sebeple, vukandaki ornegimizde ad1 geQen kolonun ba§ ve taban kisimlarma fazladan iki~er raf ilave olnnmahd1r.
6-48. Kolo!l ~ap1 ve rallar aras1 uzakhk. Herhangi bir kolon i9in 9ah~ ma §artlanmn ve raf sa)'lstnm tesbitinden sonra yaptlacak i~, kolon c;ap1mn ve raflar arasmdaki uzakhgm hesaplanmas1d1r. Bu 1ki faktor, birbirleri ile ilgilidir ve degi~ik tertipler kullamlabilir.
250
·;:
R"af rand1mam. Kolonun ba~ ktsnunda
~~ 175
Ortalama molal viskozite
Ct.
= J-1.1 X 1 + ttz (1 -
c: 15 0 u u c
= 0,25
101
:;:::
·v;
x 1) (0,28) (0,560)
N ..c
10
'
10~--
---
·/
/
//
v
'
0 //
-
5// 50 I
"
kmtz), biri buharlasttnct olmak iizere 11,4 teorik rafa ihtiya~ oldu&unu gOstermistir. Buna
veya 20 olarak bulunur. Sekil 6-42'ye gore distille-
Trans. Am. lnst. Chem. E118rs., 42: 741 -760 (1946). Perry, sahife 616- 617'c baktmz.
/
7
0
Raj sayw. Bu problemin Me Cabe -Thiele metoduna gOre c;OzUmli (,~ekil 6-42'ye ba-
1
//
I
v
5
Sekil 6-47'den a p. = 0,656 i~tin tUm ·raf randtmam olarak % 54 deiteri okunur. Bu de!;er, , benzen- toluen sistemi i9in yaymlanmt!;' de~erlere uymaktadtr.
= 19,2
I
.:.: 12 5
= (0,25) (0,440) + = 0,267 santipuaz I.L = (2,46) (0,267) = 0,656
gore, hakikl raf saylSI 10,4/0,54
/
c
=
Kitabm sonundaki 3 numarah tablodan, 96°C derece i\=in benzenin viskozitesi 1.1.1 santipuaz ve toluenin viskozitesi 11-2 = 0,28 santipuaz'dtr. Buna gOre,
_L
u
0,974 ve temperattir yakl~Jk olarak 82°C. Taban kismmda ise xw= 0,0234 ve temperatlir 110°C. Buna gOre, kolon temperatlirUntin aritmetik ortalamast 96°C dir: Ornek 6-l'den ahnan deger a:= 1.214/494 =- 2,46 dtr.
xn
200
Omek 6-8. Ornek 6-7'de a~:tklanan ~artlar altmda. kulJamlmast gerek.li hakiki nif saylSlm hesaplaymtz ve distillenecek kam,nmm bunlarCI.an hangisine g0nderilece8ini bulunuz. ~Ozfun.
Yi.izey) genT1m1J :20dinjcm ~ daha fazla
225
0,25 0,4 0,55 0,7 0,85 1,0· Raf merkezleri aras1ndaki uzaklik m.
~ek.il 6. 48. Raflann yerle!1imi iyin Brown- Souders faktOrii [Molt Souders, Jr .. et al., lng,
Eag. Chem., 26: 100 (1934).] t. t;;atalta!} -
Kimya
MiJhendisli~ine
Girii?
F .23
354
355
Kolon ,-apt ve raflar arast uzakhgt tesbit edilmi~ belirli bir kolot>u goz iinUne alahm. Biitiin bile~imler ve riflaks oram degi§tirilmedigi balde, distillenecek kan§tmm debisinin artmast ile kolondaki buhar ve stVl faz debileri artar. Bu ise raflar arasmda meydana gelen basm~ dii~ii§iiniin artmasmt gerektirir. Distillenecek kan§tm debisi, yeteri kadar artmldtgt takdirde iki ihtimal dogabilir. Bunlardan biri, buhar fazt aktmmdan ileri gelen basm9 dii~ii§ii; digeri ise stvt faz aktmmdan ileri gelen basm~ dii§ii§iidiir ve bunlardan biri, operasyonu kontrol eden faktor olabilir. Kolon i9erisinde U§agtdan yukanya dogru yiikselen buhann htzt arttmlacak olursa, buna bagh olarak basm~ dii~ii§ii de artar. Basm9 dii§ii§iine sebep, kampana altmdaki giri§ borusunda meydana gehm siirtiinme, buharm kampana i~erisinde yon deg!~tirmesi ve kampana yanklannm orifiz tesiridir. Birbirine kom§u iki raf arasmdaki basm~ dii§ii§ii artttgt takdirde, bu iki raf arasmdaki baglantt borusunda stv1 yiiksekligi arlar. Bubar luzmm 90k fazla artmast halinde, baglantt borusundaki stvt, yukanya dogru i\ilerek savagi a§ar ve raf ta§kma ugrar. Aym §ekilde, raftan rafa akan stvmm miktan 90k fazla ise, stvt baglantt borulartru doldurarak savaktan geri akar ve raf yine ta§kma ugrar. Bu · 9ah~ma §artlart §iiphesiz pratik i9in uygun degildir. Bu sebeple, buhar ve stvt faz htzlan ta~km meydana getirecek degerden dii§iik tutulmahdu. Diger taraftan raflan arasmdaki uzakhk birbirinden farkh iki kolonu kar§tla§ttracak olursak, raflar arasmdaki uzakhgm fazla olmast halinde buhar htzmm yiikseltilmesinin miimkiin olabilecegi goriiliir. GiinRii, bu durumda raftan rafa stVl faz ta§tyan baglantl borulanmn, bir ta§ktna meydan vermeden 9alt§a-. bihnesi i9in, daha fazla yiiklenme imkinlan vardtr. Stvl debisi kritik faktor oldugu takdirde, raflar arasmdaki uzakhgm arttmlmast, baglantt borularmdaki siirtiinmenin daha kolay bertaraf edilmesini miimkiin ktlar. Bubar htzt ile raflar arasmdaki nzakhk, yukanda ar;tklandtgt gibi, kar§thkh bir bagmttya sahiptir. Belirli bir raf uzakhgt i9in uygun bir bnhar htzt, belirli bir buhar htZl ir;in nygun bir raf uzakltg1 vardu. Kolon r;apt ve raflar arast uzakhgm se9irni tecriibeye dayamlarak veya li1 teratiirde verilen muhtelif bagmttlar esas almarak yapthr. Brown ve Souders endiistriyel bir fraksinasyon kolonunu inceleyerek, uygun buhar htzmt hesaplamak ir;in, a~agtdaki bagmttyt teklif etmi§lerdir.
(6-71) Bu e§itlikte : G = miisaade olnnan buhar hlZl, kgr/(saat)(m2 ) bo§ kolon kesiti
C = §ekil 6-48'den bulunan bir faktor. Bu faktor raflar arast uzakhk, stvJmn yiizey gerilimi ve raftaki stvJ faz yiiksekligi yardtmt ile bulunur. pL
Ind. Eng. Chern., 26: 98 (1934).
stvtmn yogunlugu, kgr-kiitle/m'
Pv = buharm yogunlngu, kgr-kiitlejm'
(6-71) numarah e§itlik, miisaade o!tman buhar luzmtn, {buhar fazmm stvt damlactklart ta§tmast sebebi ile) strurlanmt§ oldugu dii§iincesinden gidilerek tiiretilmi~tir . .Aynca, normal kolonlarm projelendirilmelerinde kolon r;apt ir;in emniyetli degerler verir. (6-71) numarah e§itligin kullamlmast, §U hususun kabuliinii ongoriir. Kolon r;apt 0 §ekilde ser;ilmi§tir ki, bir taraftan buhar ve SlVJ fazlarm htzlan, miisaade edilen hudutlar ir;erisinde kalmakta; diger taraftan, kampanalarm ve stvt faz baglantt borulanmn en 11ygun §ekilde tertiplenmesine imkan vermektedir.
Kolonnn muhtelif ktstmlarma (6-71) nnmarah e§itligi uygulayarak, bu ktstmlar i9in alan hesaplanabilir. Yaptmmdaki ve r;ah§tmlmasmdaki kolayhklar sebebi ile kolonlarm her ktsmmdaki 9ap aym olmahdtr. Bu sebeple, hesaplanan r;aplardan en biiyiigii ser;ilir ve kolonun her ktsmt bu r;apta yapthr. · Kolon 9aptmn ve raflar arasmdaki uzakbgm te:;bit olunmasmdan soma kolon projesinin tamam olabilmesi ir;in kampanahrm §ekli, saytst ve biiyiikliigii. savakiann uzunluk ve yiiksekligi, baglantt borulanmn alanlan v.s. gibi daha bir r;ok hususlarda bilgiye ihtiya9 vardtr. Bnnlar, kitabtmtzm konusu ir;erisine . almannyacak kadar r;oktur ve bunlarm ozetini kimya literatiiriinde bulmak miimktindiir. 1' 2 ' 3 Yukandaki ar;tklamalardan anla§tlacagt gibi, buhar lnzmm se9iminde esas faktor, raflar arasmdaki uzakhk veya bunun aksidir. Aynca, stvt faz ta§tyan borulardaki stvt yiikiiniin, buhar htzma bagh alan basmr; dii§ii§iine e§it veya biiyiik oldugu hususu ile; bu stvt yiikii altmda baglant1 borularmm yeteri kadar stvt bo§alt!p bo§altamayacaklan da soru konusudur Yukandaki hnsuslar tamamen dogru degildir. (:iinkii, raflann birbirlerine yakm yerle§tirilmesi halinde, kampanalar iizerindeki kopiik tabakast iist rafa degecek kadar yiikselebilir; bu sebeple, buhar fazt bir raftan digerine damlactklar halinde stvt faz ta§tr. Raflar arasmdaki uzakhgm r;ok fazla olmast halinde, uzakhgm arttmma kar~thk C faktoriiniin (§ekil 6-48) arltmt oldukQa kiir;iiktiir; bu sebeple, miisaade olunulan buhar htzt.nda biiyiik bir artma meydana gelmez. Bunun sonucu, kolon Qapmda 1 2
1
'-'
'
Bolles, Petroleum Refiner, 25 : 613 - 620 (1946) Davies, Petrolellm Refiner, 29:93-98 (Aug., 1950), 121- 130 (Sept., 1950) Atkins, Chern. Eng. Progr., 50:116-124 (1954)
356 357
bir azalma olmakslZin kolon yliksekligi artar, bn da kolonun pahah olmasma yo! ac;ar.
78
p -
·Endiistride kullamlan kolonlarm boyutlan ve bn boyutlar arasmdaki bagmtl hususunda bir fikir vermek maksad1 ile, 1 numarah dip notda ad1 gec;en dergiden ahnan bir kac; tipik boyut, 6-2 numarah tablo ile verilmi§tir. fimek 6-9. CJmek 6-4 (d)'de a~tklanan ~rtlan gOz Online alarak, rafm ve ptantamast icin kullantlmak iizere kolon !f:apmt ve raflar arast uzakh~t hesaplaymtz. lonun ba$ ktsmmda temperatiir 82°C ve bu temperatiirde PL = 810,6 kgrfm3 ; taban •••'-'"da temperatlir l10°C ve bu temperatiirde PL = 783A kgr/m3 • Bu stvtlann normal ma temperatiiriindeki yiizey gerilimleri yakla~nk olarak 20 din/em dir. ~zfun.
Raflar aras1 uzakh&m 45,7 em oldu~unu kabul edelim. Bu durum.da yerle!$im faktOrii, 20 din/em lik yiizey gerilimi i~in, ~ekil 6-48'den 155 olarak bulunur. Miisaade olunabilen buhar htzt en azmdan kolonun ba$ ve taban ktstmlan i~in hesaplanmahdtr.
v - (22,4)(355/273)
2,68 kgr/m'
G = (155) [2,68 (810,6- 2,68)
J'·' =
7.230 kgr/(saat) (m')
Kolonun ba$ ktsmmda, V1 = L 0
+D
= 4,5 D
~tinkti
L 0 / D = 3,5
V 1 = (4,5)(12.000) = 54.000 kgr/saat
Llizumlu alan= 54.000/7.230 = 7,47 m•
Kolomm taban klSim. Kolon i~erisinde basm~ dli$li$iiniin meydana gelmesi sebebi ile, taban ktsmmdaki basm~ artt$Int gOz Online almadtittmtz takdirde, t = ll0°C ve P = 1 atm. dir. Saf toluene ait Ozellikleri kullanarak bUhar yogunluSunu ve htzmt hesaplayabiliriz. Pv
=
92 (22,4)(383/273)
2,93 kgrfm'
Tnblo 6- 2. Standard raf plfinlamast G = (155) [2,93 (783,4- 2,93) ]''' = 7.420 kgr/(saat) (m')
Sekil 6- 29'dan V /W = 3,39 olarak bulunur. Burada V. buharla$ttncxdan gelen buhann debisidir. Yukandaki oran, (xw. hw- qrw) ve (y 12 , H 12) noktalarmdan ge~en dogru iizerindeki1 dogru par~alanmn oramdtr. W = 18.000 kgr/saat olduguna gOre,
Rafm tipi
Caprazlama aktm Al~ak
nipel
Orta nipel
2
ge~~
Yiiksek nipel
V = (18.000) (3,39) = 61.000 kgrfsaat Llizumlu alan = 61.000/7.420 = 8,22 m' Bubar faztnm raftan rafa otundugu takdirde, hesaplama
Baca (nipel) alam, % kolon alam .............. .
10,0
12,5
15,0
10,0
BaAlantt borusu alam, % kolon alam ........ .
20,0
14,0
8,0
17,5
Savak uzunlu~u, % kolon dekine benzer savak)
87,0
79,7
68,5
84,2
6,4
6,4
6,4
6,4
Savak
yiiksekli~i,
~ap1
(!ekil 6·14 b
em
yiikselm~
ve stvt fazm raftan rafa akma miktan sabit kabul yapthr.
a~a~tdaki ~ekilde
1~~~8 = 78,3 kgr/mol-kgr aglfhgi = ~~~~ = 91,6 kgrfmol-kgr 2
Ba! tirtintin molektil aglfhgi = Taban iirtiniin molekiil
D=
1
~B~~O =
153,2 mol-kgr/saat ·
V = (4,5) (D)= 690 mol·kgr/saat q = 1 ve V - V = ( I - q) F = 0 oldugu i~in
Ba~lantt
borusunun altmdaki minimum yiikseklik, em .......................................... .
6,4
6,4
6,4
6,4
V=V V = 690 mol- kgr/saat·
Kolonun tabanmda buhann debisi = (690) (91.6) = 63.100 kgrjsaat Kolonun ba1 klSml. B3.$ ktstmda a~nltk yiizdesi olarak ·% 97 benzen bulundu~u i~in bu hesaplamada s3.f benzene ait Ozelliklerin kullamlmast, olduk~a iyi bir sonu~. verir. Bubar fazmm yo~unlu~u, buhann ideal gaz kanununa uydu~u kabul olunarak hesaplanabilir. Bona gOr~. 1 atm. basm~ ve 82°C derecede buhann yoiunlu~u,
Liizumlu
63.100 8 5 m2 7.420 - '
alan--~--
-
Kolonun taban ktsmt i<;in liizmnlu alan, hcsaplananlann en biiyiigii oldugu i<;in, bu de8:er ahmr. 3,29 m ~apmda bir raf, hemen hemen bu alam kar~tlar.
358
359
6-49, Dolgulu. kolonlar i~in hesaplama metodlan. K1s1m 6-16'da hacmi biiyiik yiizeye sahip inert kati maddelerle doldurulmu~ kolonlarm, panah raflara sahip kolonlar yerine kullarulabilecegi soylenmi§tir. Dolgulu lenin yiiksekligi, bir teorik raja e§deger yiiksekllk veya HETP1 diye «w•«uuu•· ian bir faktoriin kullamlma:s• ile hesaplanabilir. Bu metod, dolgulu kuleleri rim yiiksekliklere boler ve bu boliimlerin her birindc, o boliimii terk eden ve S!Vl fazlan birbirleri ile dengeye eri§mi~lerdir. Her birim yiikseklik, bir rik rafm yapt1g1 i§i yapar. Kolonun yap1h§ §ekli ve distilasyona ti!bi tutulacak kari§lm igin HETP degeri bilinmekte ise, kolonuu tiim yiiksekligi, ay1rma igin liizumlu teorik raf sa)'lsim HETP degeri ile Qarpmak sureti ile saplamr. • 6-50. Optimum riflaks oram. Sekil 6-43 ve lo.s1m 6·40'dan iizere, riflaks oran1mn artmrua halinde, istenilen a)'lrma igin liizumlu teorik sa)'lSI azahr. Kolon igerisinde yiikselen buharm miktan hemen hemen miktan ile orant1h oldugu igin, riflaks oramnm artmas1 kolon gapmm artm~tsuta sebep olur. Riflaksm minimum degerinden biraz biiyiik bir riflaks halinde, lonun c;ap• kii<;iik fakat, raf say1s1 pek fazladu. Riflaks oram yava§ yava§ nlacak olursa kolonun <;ap• da yava§ yava§ artar, raf saylSl h1zla azahr. sonucu olarak kolonun fiyat1 ucuzlar. Riflaks oram artmaya devam edec•ek olursa, kolonun <;api orant1h olarak artar, fakat raf sa)'lSI fazla miktarda azalma gostermez. Bu sebeple, kolonun fiyall tekrar artar. Kolonun i§letme derlerinde ·bir faktor de, sabit gi
Peters, Ind. Eng. Chern., 14:476 (1922). • Perry, sabife 620'ye balrnuz.
artar. Tiim i~letme giderleri, sabit giderler (1 numarah egri) ile i~letme gider· lerinin (2 numarah dogru) toplammdan ibarettir. Tiim i~letme giderleri (3 nu· . marah egri) kesin bir minimum gOsterir ve bu minimum, en ekonomik riflaks oranm1 ortaya koyar. Pratikte kolonlar, minimum riflaks oranmm 1,2 ila 1,5 misli arasmda degi~en bir riflaks oram ile <;ah 01rlar. 6-51.
tkid~n
fazla komponentli sistemler.
lkiden fazla komponent ihti-
va eden kan~tmlann distilasyonumm kantitatif inceienmesi, kitabtmlzm konusu
d!§!llda kalmaktad1r. Bu gibi kan:;1mlann distilasyonu genellikle, :;u :;ekilde yapilmaktadir. Kan§lffi bir kolona gonderilerek komponentlerden biri saf olarak elde olunur; diger iki komponenti ihtiva eden art1k ise, ikinci bir distilasyon kolonuna gi:inderilerek burada saf komponentlerine aynhr. Gerektigi takdirde ii<;iincii bir distilasyona da ba§vurulabilir. N komponentli bir kan§lmlll disti· lasyonu i<;in gene] olaralc (N -1) sapda kalona ihtiya<; vardn-. C:ok komponentli sistem ile ik1 komponentli sistem arasmdaki temel farklar a:;ag1daki gibidir: L Bubar· s1v1 dengesi, :;imdiye kadar kullanml§ oldugumuz basil x, y di· yagram1 ile gOsterilmez. A komponentinin buhar ve ~1v1 konsantrasyonlan arasmdaki bagml!, diger biitiin komponentlerin konsantrasyonlanna da tabidir. Entalpi · bile:;im ve Me Cabe • Thiele metodlan, bu gibi sistemlere dogrudan · · dogruya uygulanamaz. 2. Belirli bir besleme ak1m1 bile:;imi i<;in, ba:; ve taban iiriinlerinin bile· :;imleri, tamamiyle bag•ms1z degi:;kenler olarak kabul olunamazlar. Ornegin, A.. B, C komponentlerinden meydana gelen (azalan u<;uculuk masmda) ii<; komponentli bir sistemi goz oniine alahm. c komponentinin maksimum bile:;imi ba:; i.iriinde ve A komponentinin maksimum bile~imi ise, taban iiriiniinde bulunsun. Bu noktada yalmz bir degi:;ken daha belirtilebilir. Ornegin, riflaks oram se· <;i!ecek olursa, ba:; ve taban iirilnlerinin tam bile:;imleri bilinmese bile, sistem i<;in gerekli :;artlar tamamen tesbit olunmu:; demektir. Sistemin kiltle dengesini tamamlamak i<;in, kompoi>entlerden birinin daha, ba:; ve taban iirilniindeki bi· le:;imini belirli kllmak gereklidir. Bununla beraber bu deger, se<;ilmi:; riflaks omm i<;in hakiki bir deger olmayabilir. Bunlann sonucu olarak GOk komponent· li sistemlere ait hesaplamalar <;ok zaman ahr ve yakla~1k degerlerle <;oziim me· toduna (deneme ve yamlma metodn) ihtiyaG gosterir. 1 6-52. Petrol distilasyonu. Ham petrol, kar01hkh GOZil:oiirlilkleri alan \C kaynama noktalan geni~ hudutlar iGinde degi~en .;·ok say1da komponentleri ihti· va eder. Boyle bir kan§lmdan, yakla§lkhkla dahi olsa, tek tek komponentleri ay1r· 1 Robinson ve Gilliland «Elements of Fractional. DistillationM, McGraw- Hill Book Company, Inc., New York (1950).
360
361
mak miimkiin degildir. Petrol endiistrisinde kar§Ila~tigmuz muhtelif fraksiyonlar (nafta, benzin, gazyag1 v.s. gibi) sa£ maddeler olmay1p, 90k say1da madde, lerin kan§unlarmdan ibarettir. Bunlarm her birinde az miktarda dii§iik veya yiiksek kaynayan komponentler b\1lunmasma ragmen, komponentlerin c;ogunlugu belirli bir temperatiir arabginda kaynarlar. Ham petrol gibi bir kan§Im bir fraksinasyon kolonunda distilasyona tabi tutulacak olursa, dii§iill: kaynayan komponentler daha ziyade ba§ kismmda, yiiksek kaynayan komponentler ise daha ziyade taban k1smmda toplamrlar. Bununla beraber, istenildigi takdirde, fraksinasyon kolonun ara kisimlannda herhangi bir noktadan ba§ka fraksiyonlar da almabilir. Bu durumda komponentlerin tek tek aynm1 yap1lmaz, tek bir kolon kullan,Jarak piyasamn istedigi fraksiyonlar elde olumtr. Ara fraksiyonlan tek tek ufak kolonlara almak vc rektifikasyona ti\bi tutulmak sureti ile, daha kesin bir ayJrma yapmak miimktindiir.
6-53. Su buhan distilasyonu. Su buhan distilasyonu, yiiksek kay,nayan maddeleri U9UCU olmayan yabanc1 maddelerden veya 90k yiiksek kaynayan diger maddelerden ay1rmak i9in kullamlan bir metoddur. Yiiksek kaynayan fakat Isiya kar§l hassas alan nGucu yaglardan, suda 96ziinebilen yabanc1 fuaddelerin avnlmasm1 ilk drnek olarak gosterebiliriz. Diger bir iirnek de yiiksek kaynayan bitkisel yaglardan, ytiksek kaynayan yabanci maddelerin (istenilmeyen koku ve lezzete sahip alan) a)·nlmastdJr. Bu metod, ~ok yiiksek vakum altmda distillenebilen ,-eya vakum altmda elde edilen temperatiirde bile, bir veya biittin komponentleri boztman maddelere uygulamr. Sn buhan distilasyonunun uygnlanahilmesi i~in liizumlu §art, istenilen iiriintin (uQncu madde istcr kolondan geGiP gitsin. ister n~ucu olmayan art1k kolonda kalsm) su ile kan§mamasidn·.
800
"' 700 2:._
I
_L
-1-
760-suyun/ E 600 - buhar basJncl E SOD u c
·
'
·
"
ro wo 0
o
-r
'\ 1/
rv
-
, 1\
,.......
10 20 30 1.0
so
I 50 70 80
(350) (92) (410) (18)
=
436 100
Bu metod, Gok saytda UGUCU maddeye uygulanabilir ve yukanda a~Iklamasi yaptlan hesaplama metodu, suda Qoztinebilen yabancl maddelerin suyun buhar basmc1 tizerindeki tesirinin az oldugunu kahn! eder. Bu sistem n~ucu yaglann, parfiimlerin, organik maddelerin safla§tmlmasmda <;:ok geni~ bir uygulama alam bulur. t'rrtiniin suda ~Oziinmemesi On !)arti, buhar fazm1~ yogunla~mast sonncunda iki fazh bir sistemin meydana gelecegini ve bunlardan birinin iiriin. digerinin ise sn olacagm1 ifade eder. 'lli
I
1.00 -1l,_ 300 c--· - - Toluenin buhar basJnc,_,/f \ "' 200 r-- r .c. _..,~>' VI
kerisinde u9ucu olmayan yabanc1 maddeler ihtiva eden bir kan§mldai;, toluenin sn buhan ile distilasyonu istenilmi§ olst)n. Sekil 6-50, toluenin muhtelif temperatiirlerdeki buhar basm9lanm goslermektedir. Bu diyagram iizerinde aym zamanda (760- suyun buhar basmci)'mn da temperattirle degi§imi gosterilmektedir. Bir distilasyon kolonunun kazan kismmda sa£ olmayan toluen bulunsun, bunnn ic;erisine su buhan enjekte edilsin Ye kazandaki s1n kan~tm; sadece su buharmm yogunla§ma lSJSI ile ISJhlsi,n. Bu sebeple, kazan i~erisinde su faz1 le§ekkiil edip birikmeye ba§lar. Temperatiir yiikseldik<;e hem toluenin ve hem de suyun buhar basm~lan artac~kt1r; Buhar basm~\an toplammm 1 atm'e e§it olmas1 halinde, kan§Im distillenmeye ba§layacaktir. Bn anda toluenin buhar basmc1 P mm, suyun buhar basmc1 ise (760- P) mm'dir. Sekil 6...50, bu olaym SS'C derecede meydana geldigini gostermektedir. Distillenen kart§Imda toluen buhanmn ktsml basmc1 350 mm, su buhanmn k1smi bas1nci ise 410 mm' dir. Buhar fazmda losml basmQlarm oram, mol (ve aym zamanda hacim) oram gibidir. Bu sebeple, 350/410 = 0,854 veya 100 ktsim snya (hacmen) kar§1hk 85,4 k!Slm (hacmen) toluen vardlf. Bu iki komponentin ag1rhk oranlan, a§agidaki §ekilde hesaplamr:
I
i
I I ~ gowo no 12013011.0
Temperat ur 'C !jekil 6. 50. Toluenin su buhan distila!>yonuna ait bilgilcr.
Temperatiiriin yeteri kadar yiiksek olmas1 halinde distilasyon kolonunun kazan ktsmmda su faz1 te§ekkiil etmez. Yemeklik blr yag1 giiz oniine alahm. Ornegin, soya fasulyesi yag1; bu yagm ir;inde bulunan bir k1s1m yag asidlerini veya diger komponentleri buharla§hrarak istenilmeyen kokusunu gidermek isteyelim. Koku veren bu maddelerin buhar basmdan o kadar dii~iiktiir ki, hissedilir bir buhar basmc1 elde etmek i~in temperatiiriin en azmdan 204'C dereceye yiikseltilmesi gerekir. Diger taraftan, yagm ISiya kar§I hassasiyeli sebebi ile, temperatiiriin 301,8'C derecesinin iistiine 91kmamasi da istenilir. BirkaG mm'lik bir vakum altmda bile, yag asidlerini bu temperatiirde ortamcian uzakla§hrmak miimkiin degildir. Bununla beraber, kolon kazanma su buhan enjekte edilecek olursa bn buhar, yag asidinin buharla§hnlmasi i~in liizumlu k1sml basme1 azaltn· ve komponentler P toplu basmc> altmda diotillenir. Bu toph1 basmcm p, mm'si yag asidine ve P2 mm'si suya aittir.
363
362
Kolon kazanmda su faz1 te~ekkiil etmedigi takdirde, yag i~erisinden ge~i rilen su buharmm miktarma tabi olmak iizere, buhar fazmda su buharmm kisml basmci degi~ebilir. Bu sebeple, herhangi bir toplu basm~ altmda, buhar·la~ma i<;in liizumlu yag asidi k1sml basmc1 ve distilasyon temperatiirii degi~e bilir. Fazla su buhan kullamld•g• takdirde distilasyon temperatiirii dli§er; fakat, birim iiriin miktan i9in kullamlan su buhan miktan artar. Hakikatte, bu ozel hal i~in, toplu basmcm 5 ila 15 mm'ye ·dii~iiriilmesi liizumludur. Su buhan kiitlesinin yag asidi buhan kiitlesine oram, 1 klSlm yag asidi buharma kar~Ihk 100 - 200 veya daha fazla k•s•m su buhand•r. Yiiksek kaynayan maddelerin distilasyon temperatiiriiniin su buhan enjeksiyonu ile dii~iiriilmesi, petrol endiistrisinde de olduk~a fazla miktarda kullamhr. Bu uygulama, ag1r fraksiyonlarm hem atmosfer basmci altmdaki ve hem de vakum altmdaki distilasyonlarmda goriiliir. Ta§IYICI buharm mutlak surette su buhan olmasi gerekmez. Oriinle kan~ mayan herhangi bir maddenin·buhan da bu i§ i~in kullamlabilir. inert bir buharm ilave olunmasmdan niaksat, iiriiniin yeterli bir buhar basmcma sahip ola~ag. temperatiirii dii~iirmektir. Distillenen maddenin esas iiriin olma<~ haJinde (yukanda son olarak bahsedilmi§ olan sistemde, distillenen madde istenilmeyen yabanc1 maddelerdi), u~ucu yabanc1 maddelerin hi<; biri uzakla§tmlm~yabilir. Bu sebeple, fraksinasyon liizumlu degildir ve kolon kao:anmdan gelen buhar dogrudan dogruya kondensore gider.
•
ADLANDIRMA
A == iki komponentli sistemin daha fazla U9ucu komponenti B ik.i komponentli sistemin daha az U!rUCU komponenti
= ==
saytsal bir sabit; Henry kanunu sabiti; (6-71) numaralt bir faktiir D = b~ tiri.iniin debisi, kgrfsaat veya mol-kgrfsaat Murphree raf randtmant E F = besleme aktmmm debisi, kgr/saat veya mol-kgrjsaat G = mlisaade olunabilen buhar debisi, kgr-kUtle/(saat) (m:2) C
e~itlikte
kullamlan
qc
=
L = besleme raft altmdaki ktstmda stvt faz p = ktsmi bastn!; P PA , P B q
= toplu basm~ = saf komponentlerin
= verilen orant
~ebisi,
mol-kgr /saat
buhar bastn!;lan veya ahnan tst miktan; (6-67) numarah e!;itlikte kullamlan entalpi
ahnan tSt, kgr.kaljsaat
= buhar aktmmm V1 birim miktan i~in kondensOrde = kolondan ISI kaybt, kgr.kal/saat qhD = ba$ tirlintin birim miktan i'rin kolondan tst kaybt qr = buharla$tlnctda verilen tsi, kgr.kalfsaat
9cv 1
lSI
ahnan 1s1
qh
q,w = taban Urlinlin birim miktan R
S
= riflaks oram (L,! D) = dogrudan dogruya kalona
i~in
buharla$tlnctda verilen tSI
enjekte olunan
~u
buhan, kgr /saat
t = temperattir
V = buhann debisi, kgrjsaat veya mol-kgrjsaat
= besleme rafmm altmdaki ktstmda buhann debisi, mol-kgr /saat = taban lirlinlin debisi; kgrjsaat veya mol-kgrfsaat x = daba w;ucu komponentin stvi fazdaki konsantrasyonu, a&trhk veya
V
W
y
=
mol fraksiyonu daha .U'rUCU komponentin buhar fazmdaki konsantrasyonu, a81rhk veya mol fraksiyonu
ALTLIKLAR ba~
liriinli gOsterir f = besleme rafmt gOsterir F = besleme aktmim gi.isterir. 1, 2, ... ,n = kolonun ba$tndan itibaren raf saytlanm gOsterir o = kondensOrden gelen aktmt gOsterir S = !;tplak su buhanm g6sterir W = taban iirliniinli .gOsterir D =
Yunan harfleri a.AB
= A komponentinin B komponentine nazaran rehitif U'rUCulugu
= stvt faz viskozitesi, santipuaz p = yogunluk, kgr·klitlefm'
11
=
h = stvt fazm entalpiSi, kgr.kal/kgr H buhar faztntn entalpisi, kgr.kal/kgr L ::;:: stvt faz debisi, kgrjsaat veya mol~kgr/saat
= kondensOrde
qeD= ba$ UriinUn birim miktan 'i!;in kondensOrde ahnan
PROBLEMLER 6-1. (a) Ornek 6~l'de buhar basmc1 i9in verilen bilgilerden faydalanarak. 82°C'dan ll0°C'a kadar olan temperatiir arah8t i9in, toluene nisbetle benzenin reHltif U\(UCUIU~UOU temperatlirlin bir fonksiyonu olarak hesaplaymtz. (b) Atmosfer basmct altmdaki benzen ~ toluen sisteml i9in, (a) ktsmmda elde olunan rel§.tif U9UCi.Jluk de!ierlerinin aritmetik ortalamahinm kullanarak, buhar- stvt dengesi (x, y) ile ilgili bilgileri (mol fraksiyonlan olarak) hesaplaymtz. (c) b ktsmmda elde" olunan x, y de~erlerini, Ornek 6-l'de verilen de&er1erle kar~da~ tmmz. 6-2.
Buhar-SIVJ dengesi
a~a81daki
e!.>itlikle gOsterilen iki komponentli bir sistem vardtr.
365 364 Y = 1 +(a
Bu
6-5. A8trhk yiizdesi olarak. o/o 50 benzen ihtivA eden bir benzen- toluen kansiml, atmosfer basmct altmda yalt!}an devamh bir fraksinasyon kolonunda komponentlerine aynlmaktadir. Distillenecek kan!;itmm temperatiirii 38~C derece ve debisi 5.000 kgrfsaat'dtr. Kolona bir buharl~ttnct ve bir de ktsmi kondensOr (yogunl3.$ttnct) baglanmi.!):hr. B~ iiriin a&trhk yiizdesi olarnk '% 99, taban iiriinii ise % 1 benzen ihtiva etmektedir. Yogunla!;ittrtctdan ahnan riflaks doymus stvt durumundadu.
1) x
e~itlikte
y
= daha
u~ucu komponentin b~har fazmdaki mol fraksiyonu
x = daha m;ucu komponeD.tin stvt fazdaki mol fraksiyonu a. = daha uyucu komponentin daha az uyucu komponente nisbetle ortalama relatif uyuculugu
(a) Kolon iyin liizumlu teorik raf saytsmm, riflaks oranma t5.bi olarak de8:isti8;ini gOsteren bir diyagram haztrlaymtz.
(b)
Dii!;ilik ve yiiksek riflaks oranlan ic;in yaklasik. kolon 9apm1 hesaplaymtz.
Bir riflak.s s~erek, stvt faz bile~iminin ve temperatiiriiniin, raf saylSina t3.bi olarak gOsteren bir diyagram hazulaymtz. Kolon ic;erisinde meydana gelen basm~ dti$il$iinii gOz Online almaytmz. (c)
6~3. AStrhk yiizdesi olarak ·% 60 etanol ve % 40 butanol ihtiva eden bir yOzelti, 1 atm. basmy altmda diferansiyel distilasyona tilbi tutulmaktadtr. Bu c;:Ozeltinin bir ktsmmm distilasyonundan sonra elde olunan total distilat (distillenen ktstm) · aGtrhk yiizdesi olarak 0;{1 80 etanol ihtiv5. etmektedir. Buna gOre, a~a8tdaki hususlan, cevaplandmmz: .(a)
(b)
geride kalan stvmm bile~imi, buharla$ffit$ bulunan orijinal yOzeltinin ylizdesi.
Atmosfer basmct altmda etanol- n.butanol sisteminin denge de8;erleri·~a8tdaki gibidir 1• Temperatiir
oc
114.4 111,1 105,4 101,7 96,1 93,0 90,8 88,6 88,0 86,2 85,3 83,7 82,6 81,4 80,6 79,4
StVl faz o/o etanol (aguhk) 4,0 7,3 12,0 17,3 22,9 31,7 36,9 43,7 45,7 48,4 55,5 64,3 63,8 77,2 83,0 90,3
Bubar fazt o/o etanol (agtrhk) 12,2 22,3 38,0 48,1 60,3 69,3 75,0 82,1 82,7 84,9 88,6 91,4 96,0 96,9 98,0 99,6
6-4 A8;trhk fraksiyonu olarak 0,400 oranmda benzen ihtiva eden stvt bir benzen- toJuen kan!;itmt, basmy altmda devamh bir On tsttmaya tAbi tutulmakta ve bu suretle, buharla!;imasma imkAn verilmemektedir. Bu On ISttmaya, stvt kan!;itmm entalpisi 72,3 kgr.kal/kgr oluncaya kadar devam edilmektedir. Bundan sonra kan!;itm, basiny dii!;iiiriicli bir valftan geyirilerek 1 atm. basmy altmda bulunan aymc1ya gOnderiliyor. Aymctyt terk eden buhar ve stvt fazlanmn birbirleri ile dengeye eri.!):mi!} olduklarmt kabul ederk, distilasyona tabi tutulan kam,nmm her kilogtamma kar!}thk, kay kilogram buhar te!;iekkiil edeceB:ini ve aytnctdak.i 9ah!;ima temperatiiriinii hesaplaytnJ+. A.S. Brunjes ve M. J. Bogart, Ind. Eng. Chem., 35: 256 (1943).
de~i.!):tigini
6-6. ()mek 6-8'de ay1klamast yaptlan aytrma atmosfer basmc1 altmda yapllacak yerde 2,4 atm. (2,1 kgr/cm 2) basmy altmda yaptlacak olursa, Iiizumlu hakiki raf saytstm ve kolon c;aptm hesaplaytmz. 6-7. A~trhk yiizdesi olarak % 30 amonyak ihtiva eden sulu bir amonyak ~Ozeltisi 38°C derecede (lz = - 12,2 kgr.kal/kgr), 12,2 atm. (12,6 kgrfcm2) bastnl' altmda >ahjan bir fraksinasyon kolonunun list rafmt beslemektedir. Riflaks kullamlmamakta ve 11,9 atm. ba~ smcta doyurulmu~ c;tplak su buhan, do8rudan doSruya kolonun alt rafmm altma gOnderilmektedir. Taban tiriinti a~trhk yiizdesi olarak ·% 0,05 amonyak ihtiva etmektedir. (a)
Bide olunacak
b~
iiriiniin mak.simum bile!;iimi ne olacakttr?
(b)
ba~
(c)
b durumu ic;in $U oranlann de~erlerini hesaplaymtz: F/V1 , L1/V2 , LrJV6 ve V 11 /W.
Kolon 10 teorik raf ihtiva ettiB:i takdirde, su buhan besleme aktmt oramm ve iiriiniin bile$imini hesaplaymiZ.
6-8. Agtrhk yiizdesi olarak % 30 amonyak ibtiva eden sulu bir amonyak c;Ozeltisi, 12,2 atm. (12,6 kgr/cm 2) basmc; altmda devamh olarak 9ah$~tn· bir fraksinasyon kolonu yardtmt ile, % 99,5 (a~ultk) amonyak ihtiva eden bir ba$ iiriinle % 0,05 amonyak ihtiva eden bir taban tiriiniine aynlmaktadtr. Distil1enecek kan!}tm 38°C (II = -12,2 kgr.kal/kgr) olup, bir On tstttctda taban iiriinli tarafmdan doygunluk noktasma kadar tSihlmaktadtr. 11,9 atm. basmyta doymu.!): buhar kolonunun alt rafmm altma ytplak olarak gOnderilmektedir. Kolona total (tiim) bir kondensOr baglanmt~ olup, riflaks kolona 38°C (h 0 38,5 kgr.kalfkgr) girmektedir.
=
(a)
Kullant.lmast miimkiin minimum riflaks oramm hesaplaymtz.
(b) Riflaks oram, minimum riflaksm 1,5 katt oldu~u tak.dirde, hakikt raf say!stm hesaplaymtz. (c) Distillenecek kart~tmm 5.000 kgrfsaatlik debisi ic;in,_ On tstttctda kay m2'1ik bir tstt· ma alamna ihtiyay vardtr. Ttim ISl transfer katsaytsmm 1.950 kgr.kal/(saat) (ml2) COC) oldugu ve a.kt!;ikanlarm tst de.8;i!;itiricide ztt aktm prensibine gOre (hem boru iyinde ve hem de boru dt'Smda tek geyi$) · aktl&t kabul olunuyor.
6-9. Atmosfer basmct altmda devamh ~alt$an bir fraksinasyon kolonu ile o- ve p-diklorbenzen kart!;iimtmn komponentlerine aytrabilme imk.3.m arastmlmaktadtr. Kompo: nentlerine aynlmast istenilen kan$tin % 13,5 p-diklorbenzen ihtiva etmekte ve bundan
367
366 % 75 p-diklorbenZen ihtiva eden bir ba~ iiriln ile % 1 p.-diklorbenzen ihtiva eden bir taban elde olunmak istenilmektedir. Kolona tota_l kondensOr ba~lanmt!;l olup, yukanda veriten ytiz-
nctdaki ISitma elemanlarmm projelendirilmeleri, su buhan basmctnm 1.36 (1,4 kgr/cm ~erini a.c;mayaca~t hususu gOz Oniine ahnarak yaptlmt~hr.
deler aJtrhk ytizdeleridir.
3.
Grafik metodunu kullana~k total (tiim) riflaks bali i~in Jiizumlu teorik raf saylSlm hesaplaymtz. Elde olunan sonu~lan, Fenske1 ~itli~i ile elde olunacak sonw;:Iarla k:ai'$11~
Buna gOre toluenin maksimum kurtanlabilme miktarmt hesaplaymtz.
e~itlikte
I
lo~r [(r=~)o (!-: x ) ;J
:
a = U!jucu
=
Benzen- toluen kari!}tmt 38°C derecede bulunmaktadtr.
2.
KondensOrde~
ahnan riflaks doymu!} stvt halindedir.
3. KondensOre gOnderilen soAutma suyu 21 °C 'olup, bunun kondensOri.i terk etti~i andaki temperatiirii 49°C dereceyi a!}mamalldtr.
komponentin daha az wrucu komponente nazaran reUitif
4. KondensOrtin tUm tst transfer katsaytst, 980 kgr.kalf(saat) (ni2) (°C) olarak besapIanmt!jtlr.
ll!rUCUluAti x = daha U(;UCU komponentin mol fraksiyonu
D ,W
1.
log «ort.
N = kolondaki teorik raflann saytst
5.
ba, ve taban iiriinleri
Buhada$tmcmm tUm tst transfer katsaytst 1.465 kgr.kal/(saat) (m2) (°C) olarak he-
saplanmt~hr.
Bilgiler
6.
tki komponentin buhar basm!rlan ile ilgiJi bilgiler
a~a8tda
verilmh;tir.
Bubar basmct, mm. Hg Temperatil.r
oc
Orta izomeri
Para izomefi
-
-------· 174,2
760,0.
650,3
180,5
884,2 .
760,0 I
6-10. Fabrikada g~ici .bir operasyon i9in kurulmu~ alan kolon, a~trhk fraksiyonu olarak 0~500 oranmda toluen ihtiva eden bir benzen- toluen kam;ammdan 5.000 kgr/saat'lik bir besleme aktnu debisi ile, a~trhk fraksiyonu olarak 0,02'den fazla benzen ihtiva etmeyen bir toluen elde etmektedir. ·" Ge~ici bir zaman i9in uygulanatak alan bu operasyon hazlara sabiptir.
a~a~tda
R!ftklamast yapllan ci-
1. 18 rafa sahip kampanah bir fraksinasyon kolonu: raflar arasmdaki uzak.hk 45,7 em ve kolon 9ap1 1,50 m dir. Besleme akmunm kalona giri$i, kolonun bru;mdan itibaren altt, sekiz, on ve onikinci raflara olabilir. Bu kolon atmosfer basmct altmdaki 92h!;lmalar i9in yapdmt:,tlr.
1
di-
Yardrmct Bilgiler
N+
2.
)
Ist transfer yiizeyi 18,6 ml olan total bir kondensOr kullamlmaktadtr.
tmmz.
Bu
2
lsi transfer yiizeyi 29,3 m12 alan bir buharla$tmct kalona M.R. Fenske, Ind. Eng. Chem., 24 : 482 - 485 (1932).
ba~hdtr.
Bu
buharla~tl-
Tiim raf randtmammn '% 50 0Jdu~unu kabul ediniz.
369
Bolum 7
EK'S TRA K Si Y 0 N 7-1. Konuya girl~. Bu boliimde katt veya stvt halde bulunan bir komponentin bir 902iicii kullantlarak, kan~mi~ oldugu diger kati veya siVI komponentlerden kurtanlmas1 i~lemi U9tklanacakttr. Bu konuya endiistrinin bir 90k kollarmda degi~ik ~ekillerde rastlamr. Altm minerallerinden altmm, bitkilerden ilil.9 endiistrisinin ham maddelerinin ve 9i9eklerden esanslarm ekstraksiyonu endiistride kaqi!a~hjl!mtz bu tip operasyonlara birkaQ i:irnektir. Gi:iziicii deyiminden sadece su anla~I!mamahdtr. Organik veya inorganik 96ziiciiler de, su kadar olmamakla beraber, endiistride kullamhrlar. Bu konulan a9tklayan teoriler yetersizdir. Kiitle dengeleri ile ilgili bagmttlan kurmak miimkiin oldugu halde, fazlar arasmda kiitle transferi hususunda pek az §ey bilinir. Bu sebeplerden, endiistride kullamlan cihazlan bir s1mflamaya tabi tutmak i9in liizumlu teorik bilgiler eksiktir. Bunun bir sonucu olarak bu giin elimizde bulunan cihazlar, bu konunun teorik analizi sonucunda degil, daha ziyade ihtiya9 ve tecriibeler sonucu meydana getirilmi§lerdir. C:ok degi§ik tipte cihaz kullamlmakla beraber, · bunlan di:irt gruba aytrabiliriz. Bunlardan birincisi, biiyiik par9alar halindeki kati!ardan 90ziinebilen komponentleri ekstrakte ederler. Bu biiyiik par9alar gev§ek yapth olduklarmdan, 90ziicii bunlarm her noktasma kolayhkla ula§Ir ve komponentin 9oziinme h1zt olduk9a yiiksektir. lkinci grup, 90k degi§ik yaptda maddeleri kapsar ve bunlar az veya 90k par9alanmt§lardtr. Par9alar arasmda 9oziiciiniin akmasma yetecek kadar bir a91khk vardtr. Fakat yine de 90ziicii aktmt biiyiik bir diren9le kar§IIa§Jr. Bunlarm birinci gruptan ba§hca farkt, 9iizunmesi istenilen komponentin, pargac1klarm i9 k1smmdan yiizeye ve oradan da gozeltiye gegmesi iQin uzun zamana ihtiyag gostermeleridir. Dgiincii grup maddeler, gok ince ogiiliilmii§ kah pargaCJklar olduklarmdan, goziicii fazt i9erisinde devamh suspensiyon durumunu muhafaza ederler. Bu durumda 90ziinme i9in liizumlu zaman, par9aC1klarm suspeusiyon durumunu muhafaza ettikleri miiddet9e goziinmenin devam etmesi sebebi ile, par9actklarm 90ziinme ilgilerin" bagh olacakttr. Dordiincii grup cihazlar. stvi bir fazda QOziinmii§ bir komponenti, siVJ faZJn kendisi ile kart§mayan fakat o komponenti gozebilen, diger bir 90ziicii fazt ile ekstrakte etmekte kullamhrlar.
7-2. Biiyiik p~ah katdann ekstraksiyonu. Biiyiik par9alar halindeki kat1lan ekstrakte etmekte kullamlan cihacJan iki temel stmfa aytrmak miimkiindiir. Bunlardan birine a91k tank, digerine ise tarakh smtflandmct adt verilir. Ekstraksiyon cihazlarmm en eski ve en basiti, elekten ikinci bir tabam olan agz1 agtk bir tankdan ibaret olup, bu giin dahi kullamlmaktadtr. Bu tanka par~alar halindeki kat1 madde konulur ve iizerine 96ziicii dokiiliir. C:oziicii, pan;alar arasmdan a§agt akarken 90zmesi istenilen komponenti 9ozer ve elekten tabamn alttnda toplamr. Bu tanklarda 90ziicii, katt pargalar iizerine basit bir §ekilde dagttJ!arak dokiilmez, bunun yerine tankm biitiinii ~oziicii ile doldurulur.
a
b
c $ekil 7- 1. Tanklarda stizge~-taban yaplsl: (a) ta~tytci 9ubuklar tizerinde delikli levha; (b) talizerinde iicrgen kesitli ~ubuklar ve !;Bkii ta~lan; (c) kaba par9alar veya siizge9 bezi ic;in ta~tytctlar; (d) stizgec; bezini yer1e$tirme metodu. ~tytct ~ubuklar
Bu tanklarm tabam 90k degi~ik yapth~larda olabilir. ~ekil 7-l'de bu yapth§lardan sadece birka91 gosterilmektedir. Bunlardan (a), tank tabamndaki Gtkmtt!ara oturtulmu§ ta§IYICI 9ubuklanm havidir ve 9Ubuklann iizeri delikli bir Jevha iJe ortiiJmii~tiir. (b), aym §ekiJde ta,JylCJ QUbukJara sahiptir \'C bu 9UbukJarm iizerillde iic;gen kesitli diger 9ubuklar s1k bir §ekilde yer alm:§lardtr. DQgen kesitli c;ubuklaun arahklan c;aktl ta§lan ile doldurulur ve bunlar siizgec; vazifesi goriir. (c) basit c;ubuklardan meydana gelmi§ olup, katt madde parc;actklannm a§agt dii§memesi igin gubuk arahklan ufak tutulmu§tur. (d) kuma§ siizge9ten yaptlml§ ikinci tabam ve bttnun yerle§mesini gostermektedir. Bir~ok durumlarda bu metodla iyi sonuc; almabilir. Esas siizgeci ta§Iyan c;ubuklar birkac; em arahklarla tank tabar,nna yerle§tirilirler. Tank tabamna, kenarlardan 1 veya 2 em t. <;atalta~ -
Kimya
Miihendi:>li~ine
Giri:;;
F .24
370 371
uzakhkta bir ku~ak veya 9ember baglamr. Kuma~ filtre, bu Qember ile tankm yanal yiizeyi arasmdaki bo~lugu dolduracak §ekilde biiyiik kesilir ve bu bo§luk k1smt kendir ipligi ile kalafatlamr. Baz1 hallerde 9iiziinme lnz1 yeterli derecede yiiksektir ve 9iiziiciiniin ·~ks traktordeki maddeden tek bir geGi§i yeterli bir ekstraksiyon temin eder. Kat1 madde tarafmdan tutulan 9ii~lti klsmmm uzakla~tmlmasi i9in, ekstraktordeki madde bir de taze 9iiziicii ile y1kamr ve ekstraksiyona ugrattlmt~ 'katt madde ekstraktorden dt~an ahmr. Bu §ekildeki tanklar 90k kere elle bo~alttlacak ~e kilde yapthrlar, fakat tankm yan tarafma veya altma bir bo§altma kapagt koyarak ekstraksiyona ugratllmt~ katl maddeyi buradan almak daha dogru olur. Tek bir tank kullamlarak yap1lan ekstraksiyon operasyonlarmm en deri§ik Giizeltileri bile olduk9a seyreltiktir. Bunlardan daha deri§ik 96zeltilerin elde olunmas1 istenirse, ters aktm prensibini kullanan ekstraksiyon metodlan uygulanmahdir. Bu 9ah§ma metodunda, yukanda 391klamasim yaptlgtmiZ tipteki ekstraksiyon tanklan seri halinde stralanmi§lardtr. Bunlarm her biri, degi§ik ekstraksiyon kademesinde kall madde ihtiva etmektedirler. Bu §ekildeki diizene ekstraksiyon bataryas• ad1 verilir. Taze 96ziicii, ekstraksiyonu hemen hemen tamamlanmi§ katl maddenin bulundugu tanka gonderilir. Te§ekkiil eden 96zelti, ekstraksiyon bataryasmt te§kil eden tanklan -birbiri ardma ge9er ve taze katr madde ile doldurulmu§ tanktan di§an ahmr. Ta(lklarda bulunan katl maddeler yer degi§tirmez ve tamamen ekstrakte olmad1k9a di§an almmaz. Uygun bir boru donamm1 sayesinde taze 96ziicii herhangi bir tanka giinderilebildigi gib~ deri§ik 9iizelti de herhangi bir tanktan ahnabilir. Aynca istenildigi bir anda herhangi bir tank! yiiklemek veya bo§altmak da mtimkiindiir. Ters ak1m prensibi ile ekstraksiyona devam edilirken, tiiketilmi§ kat1 ile dolu bulunan tank devreden 91kanlarak bo§altthr ve tekrar devreye sokulmak iizere taze ham madde ile doldurulur. Bu 9ah§ma §ekline bazan Shank operasyonu da denilir ve Le Blanc metodu ile soda elde edili§i esnasmda ilk defa kullamlmt§llr. Bugiin Sili kiiher9ilesinin ekstraksiyonunda en 90k bu metod uygulanmaktadlf. Bir9ok alanlarda, iirnegin me§e kabugundan ta:>en ekstraktlannm haz1rlam~mda ve bak1r minerallerinin ekstraksiyonunda bu metoda ba§vurulur. Tanecik halindeki maddelerin ekstraksiyonunda Dorr szmflandmctSI (kiSlm 14-20'ye bak1mz.) kullamlabilir, fakat par~actklar suspensiyon halinde kalacak kadar kiiGiik olmamah ve yikanabilmelidir. Bu cihaz kullamldigl takdirde, birka9 tanesi seri halinde s1ralanmah, kat1 ve siVI fazlann birbirlerine ters yiinde akmalan temin edilmelidir. Pratikte ve iizellikle bitkisel maddeler!e 9ah§tldigi zaman §U gibi durumlarla kar§>la§Ihr. Ekstrakte edilmesi istenilen komponent bitkinin yap1s1 ic;erisindedir ve bu komponentin ~07-3.
ziicii ile temasa gelebilmesi iqin, §U operasyonlarm sirasi ile yap 1lmas1 gerekir: (a) doku ve _~iicrelerin biiyiik bir k1sm•m parqalayacak ~ekilde bitkinin k1y1]masi veya ogutulmes1; (b) kiyilmi§ veya ogiitiilmii§ par9alarm qoziicii i<;erisindc bir~kiima.Sl. Ekstrakte edilmesi istenilen komponentin diffiizlenip parGac1k yiizeyme en§mesi ve burada 9iiziicii ile temasa gelmesi ic;in, parGac1klar bir miicldet qiiziicii i~erisinde bekletilir. Fazla bir masrafa girmeden bitkisel maddeleri 20(} me§ biiyiikliige kadar par9alamak miimkiinse de, biitiin hiicrelerin parGalanmast temin edilemez. 200 me§'lik bir elekten gegen bitkisel par9ac1klar halen yiizlerce ve hattfi binlerce par9alanmam1§ hiicreye sahiptirler. Baz1 hallerde hiicrelerin pargalanmas1, istenilmeyen maddel.orin de serbest kalmasma sebep olur. (:iiziinmesi istenilen komponentin doku ve hiicre qeperleri yo! u ile difiizlenmesi miimkiinse, ele gegen 90zelti olduk9a saf bir 9iizelti olur. Bu tipteki ekstraksiyon operasyonlarmm kimya endiistrisindeki orneklerinden birkagm1, §eker pancarmdan §eker ve yagh tohumlardan yag ekstraksiyonu te§kil etmektedir. Seker pancanmn kiyilmast sonucu elde edilen par9ac1klar (cassettes)' ekstraktor i9erisinde olduk9a fazla yiikseklikte bir y1gm te§kil ettikleri zaman, goziicii alumma kar§I yiiksek degerde bir siirtiinme direncinin dogmasma sebep olurlar. Cihaz kapah bir §ekilde yap1hr ve meydana gelen basm9 9iiziiciiyii, pancar par9aCiklan arasmdan geGmeye zorlar. Yagh tohtnnlardan yag ekstraksiyonunda 96ziicii, 90gunlukla U9UCu bir g6ziiciidiir ve 90_ ziicii kaybm1 6nlemek igin, burada da ekstraktor kapah olmahdlf. Yukanda a<;IklamaSI yap1lan iki tip ekstraktor az veya gok deneysel olarak geli§tirilmi§tir. Bumm sonucu olanik, cihazlarda proje birlik ve benzerligi pek yoktur. 7-4. Sabit • y1gm veya Robert difiizyon bataryalan. Bu tip bataryalar oz~llikle §eker pancan endiistrisinde geli§tirilmi§tir, fakat me§e agac1 kabukla-
rmdan tanen ekstraktlarmm haz1rlanmasmda, bitkilerin kabuk ve tohumlarmdan baz1 ili\glarm ekstraksiyonunda ve bunlara benzer diger i§lerde de kullamhrlar. Ekstraksiyona ugrattlacak madde ile doldurulmu§ ekstraktorler, yanyana Sira!amrlar ve <;Ozticii olan su, s1ras1 ile bunlat·dan gec;er. Boru donamm1, taze <;0-
ziicii en 90k tiiketilmi§ madde ile ve en deri§ik 96zelti de taze ham madde ile temasa gelecek §ekilde diizenlenmi§tir. Bataryay> te§kil eden her ekstraktiir degi§ik zaman arahklan ile dolduruldugu veya bo§altiidigt i9in, her Unite bir devreyi te§kil etmek iizere batarya i9erisindeki yerini degi§tirir. Bundan dolay1 boru donamm1, her iiniteye taze 9iiziicii gonderebilecek ve her iiniteden doymu§ ~6zelti almabilecek §ekilde diizenlenmelidir. Pancar §ekeri fabrikasyonunda born ve valflarm diizenlenmesi hemen hemen standard bir durum almi§lir. Gene!
Ara kademedeki kablann ekstraksiyonn.
1
Pancar $-ekeri endlistrisinde ~eker pancarlan. kesiti V !;>eklinde olan uzun dilimlere ve bunlara cossettes ad1 verilir.
par~alamrlar
372
373
' olarak, hangi amaQla kullamhrsa kuliarulsm, degi§ik §ekillerde difiizyon bataryalan vardtr. Sekil 7-2'de difiizyon bataryalannm Qah~ma prensibi ~ematik olarak gos. terilmektedir. Simdiye kadar yapm1~ old..,gumuz aQiklamalar1m1zqa daima ~eker pancan k1yiklarmm ekstraksi:,·onunu goz iiniine aldd<, aym operasyon diger maddelere de benzer ~ekilde uygulanabilir .. Her ekstraksiyon hiicresinin veya kabmm bir lSl!lClSl vard1r, Qiinkii difiizyon yiiksek te'llperatiirde Qok h1zh olarak meydana gelir. Baz1 hallerde lSl!lCldan vazgeQilebilir ve onun yerini basil bir lsltlCl boru ahr. lki esas boru donamm1 mevcuttur. Bunlardan biri Qiiziicii olan suyu, digeri ise Qozeltiyi ta~1r. Her ekstraksiyon hiicresinde iiQ adet val£ bulunmaktadlr. Sekil 7-2'de aQlk olan valflar iQi bo~ bir claire, kapah olan valflar ise iQleri doldurulmu§ daireler §eklinde gosterilmi~tir.
hava ile doludur. Goziicii olarak kullamlan su 1 numarah hiicrenin iist k1sm 1na gonderilir, hiicre iQerisinde yukandan a~ag;Iya dogru akar ve iki hiicre arasma konulmu§ lSlllc1dan geQerek 2 numarah hiicrenin iist klsmma gelir. Gozelti bu hiicrede de a§ag1ya dogru akar ve sonra yine lSlllCldan geQirilir. Ishc1dan gelen Qiizeltiyi 3 numarah hiicrenin iist ~lSmma gondermek • dogru degildir. Giinkii bu suretle hem pancar k1y1klan arasmda hava hapsedilmi§ olur ve hem de bu hiicrede bulunan madde soguk oldugu iQin Qiizeltinin ikinci·bir lSltmaya ihtiyac1 vard1r. Bu sebeple Qozelt~ 2 numarah hiicrenin 1Slllc1smdan ~ozelti boru hattma ahmr, 3 numarah hiicrenin lSlllClSmdan geQirilerek daha yiiksek bir temperature 1slt1hr ve 3 numarah hiicrenin alt k1smma gonderilir. Bu hiicrede giizelti a~ag1dan yukanya dogru yiikselerek k1y1klar arasm1 dolduran havamn yerini ahr. Hava hiicrenin ii>tiinde bulunan bir Qtkl§ borusu (~ekilde giisterilmemi§tir) yolu ile m§an atthr. Gtla§ borusunda Qiizelti giiriiliir giiriilmez, buradaki valf ~ekil 7-2b'de gosterilen duruma getirilir. Bu andan itibar~n Qiizelti 3 numarah
Ekstr. No:1
a. Doldurma peryodu
Ekstr. No: 1
Ekstr. No: 3
Yalflar :::Jot Ac1k :::t-1:: K apal1
Sekil 7 - 3. Diflizyon bataryalan.
b.Ekstraksiyon peryodu Sekil 7 - 2. Diflizyon bataryalan diyagranu.
Sekil 7-2a'da giisterilen difiizyon bataryas1.m goz online alahm. 1 numarah hiicrede hemen hemen tiiketilmi§, 3 numarah hiicrede ise yeni doldurulmu~ ham madde vard1r. 3 numarah hiicrede yer alan pancar k1y1klanmn arahklarl
hiicrenin list ktsmmdan a§agt dogru akar, sonra tstbctyt geger ve dt~an ahmr. Sekil 7-2b'de giisterilen operasyona, 1 numarah hiicredeki madde tamamen ekstrakte oluncaya kadar devam olnnnr. Bu esnada, §ekilde giisterilenlerin sagmdaki bir hiiqre laze madde ile doldurulur. Ekstraksiyonu tamamlallmt~ 1 numarah hiicre devreden gtkanhr ve bo~alttlmaya ba§lamr. Taze goziicii 2 numarah hiicreye giincierilir ve bu §ekilde operasyon devam edip gider. Pancar
375
374 ktytklarmdan §eker ekstrakte eden difiizyon bataryalan 10 ilil 15 hiicreden meydana gelmi§lerdir. Bir difiizvon batarvasmm gerQek diizeni §ekil 7-3' de gosterilmektedir, bu diizende valf ~e borula;m gorevi, §ekil 7-2 yardtmt ile anla§tlabilir. Baz1 hailerde bataryayt te§kil eden hiicreler bir ~emberi meydana getirmek i!zere mala- , nabilirler. Yerden kazanmak iGin batarya diiz bir dogru boyunca malamr, hu durumda donii§ borusu adt verilen iiQiincii bir boru donammma ihtiya~ vardtr. Bu boru sistemi, ilk ve son hiicreler ekstraksiyon yiiniinden ara durumlarda bulundugu zaman, Qozeltiyi bataryamn bir ucundan diger ucuna ta§Jr.
pancar ktyJk!anm Hobert bataryalannda oldugu gibi bir ytgm halinde tutmak yerine, mekanik olarak devamh §ekilde hareket ettirmeyi esas fikir olarak benimserni§lerdir. Bu dii§iinii§ altmda haztrlanan bataryalann bir kJSml Avrupa ve Amerika Birle§ik Devletlerinde ba§an saglamt§ttr. Bugiin, bu yonde geli§en biiyiik bir istek vardtr. Amerika Birle§ik Devletlerinde ba§an saglayan, bu §ekildeki projelerden biri Silver devamh difiiziiriidiir.
pancar
0
Sekil 7-4. Diftizyon hiicresinin tabam. [R.A. Me Ginnis, «Beet Sugar Tecluzology», Reinhold Puplis/Jing Corporation, New York (1951).]
Bir hiicrenin taban yaptst §ekil 7-4' de gosterilmektedir. Kapak, mandalm kapattlmasmdan sonra, hidrolik basm9 ile §i§en ve i~i bo§ bir boru yap!Sinda olan conta ile stzdtrmaz hale getirilir. Hiicre i~erisinde degi§ik seviyedeki yiiksekliklere astlmt§ bulunan Qok saytda zincirler, pancar ktytklarmm birbirlerine )·apt§masJni Onlerler.
7·5. Devamlt ral~an difiizyon bataryalan. Hobert difiizyon bataryalannm yerini alacak bir tip bataryanm yaptlm~SI i~in uzun ytllar ~ah§tlrnt§l!r. Bu tip bataryalarm daha az i§Gilige ihtiyaQ giisterecek, daha yiiksek konsantrasyonda Qozelti meydana getirecek veya pancar kty!klartm tamamen ekstrakte edebilecek yapth§ta olmalan istenilmi§tir. Bu konuda haztrlanan biitiin projeler,
Sekil 7-5. Silver devamlt difiizOrii: A, A', Au ekstraksiyon tekneleri; B, pancar ktytklanni hareket ettirmeye mahsus konvey6r; C, besleme olu£,u; D, iletim 9ark1; E, ekstrakte olmu5 ktytklan bo~altmak i9in oluk.
Sekil 7-5 Silver devamh difiizoriinii gostermektedir. Sekilde sadoce ii~ unite goriilmektedir, fakat hakikatte 20 ila 24 iinite bir batarya te§kil etmekte ve iiniteler biri digerinin iistiinde olmak iizere, iki s1ra halinde diizenlenrni§lerdir. Batarya esas olarak, kapah tekne (oluk) dizilerinden A, A', A" meydana gelmf~ olup, her birinde helezonl bir kan§ltrma vidast B bulunmaktadJr. Pancar kiytklan C olugu yolu ile ekstraksiyon bataryasma girer ve ~oziic~ ile birlikte okla gosterilen yonlerde ta§tmrlar. ilk teknenin sonunda iQerisinde egimli ve delikli kovalar bulunan bir D Qarkt yer almt§ltr. Helezonl vidanm QOh§mast §U §ekilde diizenlenrni§tir. B vidast pancar ktytklanm bu Qarkm i~erisine bo§alttr, pancar k1ytklan delikli kovalar tarafmdan bulunduklan yerden ahmp yiikseltilir, bu esnada GOzelti siiziiliir ve 9i.izeltiden kurtan!mJ§ ktytklar E olugu yardmn ile ikinci tekneye bo§altthr. Bu teknede helezonl vida, pancar ktyiklanm kan§ttrarak z1t
376
377
yiinde iletir ve ikinci <;arka yiikler. ikinci <;ark da, siiziilmii§ pancar k1y1klanm oluk yard1m1 ile ii9iincii tekneye bo~altn ve operasyon, pancar by1klarmda ~e ker tamamen veya k>smen tiiketilinceye kadar devam eder. Sonunda tiiketilmi~ k1y1klar bataryanm d1§ma ahmr. c;ozetinin tekneler i<;eris!ndeki ak1m1, ters ak1m prensibine tam olarak uymaz. c;oz~cii olan su, §ekilde goriildiigii gibi. (A") taknesine aktanhr ve pan car kl),klan tekne d1~ma allhncaya kadar onlarla beraber iletilir. c;ark iizerindeki delikli kovalar kiirek vazifesi goriir, <;ozeltiyi ahp bir savagm iizerinden a§mr ve ikinci A' teknesinin ucuna bo~altn. Bu teknede de, k1y1klar ile <;iizelti paralel iletilirler. Silver tipi bff bataryada (oklarla da belirtildigi gibi) madde ak1m1 k1smen paralel ve k!smen Zit karakterdedir. Bataryanm ilk birka9 teknesi buhar caketi ile ISitllmaktadlr, bu suretle pancar k1y1klan h1zla difiizyon temperatiiriine 1slt1lm1~ olurlar. Teknelerin iistleri kapahd1r. Bundan maksat sadece ciizelti fazm1 basm<; altmda tutmak olmay1p, aym zamanda temizlik saglanmaSidlr. Tekneler yakla§lk olarak 1,5 m <;apmda ve 6 m uzunlukta, <;arklar ise 3,6 m capmdadn. 7-6. Yagb tobumlann ekstraksiyonu. Yagh tohumlardan yag ekstraksi" yonu olduk<;a yeni geli~mi~ bir operasyori olup, bu hususda kullamlan cihazlar heniiz standardla~tmlmaml~lardn. u Endilstride degi§ik tipte 90k s~y1da cihaz vardn. Hangi tipin en uygun oldugu, sadece tecrube sayesinde anla§llabilir. Yagh yohumlardan yag ekstraksiyonu birka<; on i§lemi gerekli kllar. Yagh tohumlar belirli bir biiyiikliige kadar (baz1 tohumlar eziln!eksizin tane halinde · de ekstrakte edilebilirler) par9alanmahd1r. Bundan sonra par9alanm1§ tohumlar ta§1chklan yagm bir k1smmdan kurtanlmak idn, basm9 altmda b1rak1hr veya dogrudan dogruya ekstraktore gonderilirler. Ekstraksiyondan once, yagh tohumlann basmc; altmda yaglarmm bir bsmmdan kurtanlmas1, hem ekstraktoriin yiikiinii azalt1r ve hem de bu yag, ekstraksiyon yolu ile elde oluuan yagdan farkh karakter gosterir ve farkh fiatla sal!hr. Parc;alama ve ezmeden sonra (hasnic;la yag Slldmlsm veya s1zdmlmasm), ekstraksiyon operasyonunu kolayla~tmp h1zland1rmak amacl ile, yagh tohumlar bir on ISitmaya ugratlhrlar. Yagh tohumlar, yiizeyleri diiz iki silindir arasmdan ge9irilerek yaprake~klar haline getirilirler. Elde edilen yaprake~klann tipi (yaprakc1klarm ~ekli, yagh tohuma ve silindirleme metoduna bagh olarak birbirlerinden farkhd1r), ekstraktoriin c;ah§masma biiyiik olc;iide etki yapar. Bu sebeple bir taraftan bu yaprakc1klar, <;oziiciiniin ic;lerinden ~;e7mesini miimkiin k!lacak kadar gozenekli olmab; diger taraftan da hu gozeneklilik, c;oziiciiniin yaprake~klara yeteri kadar temas etmeden ge~ip gitmesine yo] ac;acak hdar biiyiik olmamahd1r. 1 2
Cofield,
Chern. Eng., 58 (I): 127-140 (Jan., 1951). Kenyon, Cruse, and C1ark, Ind. Eng. Chem., 40: 186M 194 (1948).
Ekstraksiyonun mekanizmasl hakkmdaki bilgiler olduk9a ::.zdn. Konu sadece yagm, yag ta§lyan hiicreden c;oziiciiye difiizlenmesinden ibaret nlmay1p, tohumlarm ezilmesi ile birlikte meydana gelen kapilerleri de kapsar. Bir ekstraksiyon cihazma ait projenin ha§anh oldugu, yap1lan deneme sonucunda anla~1lsa bile bu, he>;, durumda ba~anh 9ah§acag1m gostermez. Tohumlarm yapiSinda giiriilen degi~iklikler, fiziksel ozelliklerin birbirinden farkh olu§u, yag miktanmn ve safhk derecesinin degi§ik bulunmas1, cihaziardan saglanacak ba§anmn birbirlerinden oldukGa farkh olmasma yo] ac;ar. Bu sebeple bir endiistri kolu ic;in ba§anb ekstraktor, diger hir endiistri kolu i9in ba~anh olmayabilir. Cihaz se<;iminde c;ok dikkatli olmah ve etrafh bir ara§tlrma yap1lmahdu-. Bir tip ekstraksiyon cihaz1, yanm claire kesitli birkac; olugun yanyana ve yatay olarak konulmas1 ile meydana getirilmi~tir. Her olukta kanalh bir 9ark bulunur ve yaprakc1klar halindeki maddeyi, bir bolmeden diger bolmeye ta§lr ve bu esnada c;oziicii, madde ak1mma z1t yonde akar. Bu tip A. B. Devletlerindc pek az kullamlma alamna sahiptir ve ozellikle keten ve kakao tanelerinin ekstraksiyonunda kullamhr. Almanya'da geni~ kullamlma alam bulan diger bir cihaz, dik U §ekilli olup, bir seri vidah ta§IY!Cidan meydana gelmi§tir. Tohumlar dik U §ekilli ~lugun bir ucundan yiiklenir, birinci vidah ta§IYICl bunlan yukandan a~aij;1ya, ikinci vidah ta§lYICI soldan saga ve iic;iincii ta§IYICI da a~ag1dan yukanya dogru ta§lr. c;oziicii, tohumlarm hareket yoniine dik yonde akar. Bu metod A. B. Devletlerinde kullamlma alam bulamaml§llr. Diger bir ekstraktor yap1s1, esas olarak dik bir kolondan ibarettir ve bu kolon ic;erisinde, c;ok say1da yatay raflar vard1r. Bu raflar, Jarkh durumlarda olan deliklere sahiptir ve bu delikler yolu ile, parc;alanml§ tohumlar a§ag1ya dogru hareket ederler. c;oziicii bir pomp·a yard1m1. ile a~ag1dan yukany:J. dogru hareket ettirilir. Her rafta, taray!CISI olan ve merkezi bir §afta baglanm1~ bulunan karl§tlflCI vard1r. Bu kan§tmcl yard1m1 ile tohum parc;ac1klan, devamh olarak c;oziicii i9erisinde yer degi§tirirler. Bu ekstraktoriin A. B. Devletlerlnde sadece mekanik k1s1mlan baklmmdan birbirlerinden farkh en az ii9 degi§ik tipi vardlf. Bu ekstraktorler, a§ag1da ac;1klamalan yap!lacak olan iki tip ekstraktorden daha az kullamlma sahalarma sahiptirler. 7-7. Kovah e~traktilr. Bu tip ekstraktore (§ekil 7-6), Bollman tipi ekstraktor de denilmektedir. Esas olarak dii§ey bir kamaradan ibaret olup, i<;erisinde c;ok say1da altlan delikli kovalar A vard1r ve bunlar, biri alt kiSimda digeri iist kiSimda bulunan c;arklar yard1m1yla hareket ettirilen zincire baglanml~lar d!r. Kovalara, yukanya dogru yiikseli§leri esnasmda, kamaranm iist k1smma yakm bir noktada C taze c;oziicii ilave olunur. Bu c;oziicii, tohumlarda (daha once bir miktar ekstrakte edilmi§ olan) kalan eser miktardaki yag1 da c;ozerek, kova
378
379
dibindeki deliklerden a§agiya akar ve cihazm tabamnda D taplamr. Bu toplanan kan§Ima yan misella ad1 verilir. Bu terim, bu endiistri kaluna ait alup, yagm bir ~oziicii i~erisinde ~oziinmesi anlali'ma gelir. Kovalar, hareketlerinin iist naktasmda ters donerek, yag1 almmi§ tahum kmklanm bir ba§altma aluguna E dokerler. Vidah bir ta§IYICI yardimi ile bunJar cihazm di§Ina ahmrlar. Ba~almi§ alan kavalar, yiikleyici alugun altma gelir ve burada, taze ham madde ~le daldurulurlar. Kavalara a§ajpya ini§leri esna-
Ekstrakte olacak kuru hammadd besleme hunisi
Cozlicli+gaz (seyreltikltimk:
Saf 'ozucu tank1
',Z:fSk~ I
l 'f7 ;___,~ o/ ~\IE/ ' I
r
\...f-X-
J
\
smda, kalanun iist k1smma yakm bir nal
\
,' B~
' -~- :·AI:i==sfi!
~Jot===j~¢~:· Konveyor , qw ~ ~----¢ ~-I~~ ¢-·-¢
'+.
~~¢
~G
OZUCU+yag 'IS=(deri§ik)
Cozlid.i+yag (seyreltik l $ekil 7 ~ 6. Kovah tipde, yagb tohum ekstrakt6ru. A, altlan delikli kovalar; B, zincir di$1ileri; C, !;Oziicti doldurma yeri; D, yan misella i~in toplama yeri; E, ekstrakte olmu$ tohumlann bo$altma oluiu; F, yan missella dQldurma yeri; G, missella i9in toplama yeri.
Sekil 7 ~ 7. Rotosel tipi, yagh tohum ekstraktOrli: A, doldurma borusu; B. bosaltma borusu; C, kapakh ve delikli alt. ktstm; D, pampa; E, ~Ozticli veya «;Ozelti ptisktirtme yeri (Blow~ Knox).
lir ve burada. -ekstrakte olunacak yagh tohumlarla doldurulur. Sonra bu tohumIann iizerine, birka~ safhada saf ~oziicii ve degi§ik kansantras:onlardaki ~ozelti piiskiirtiiliir. Ekstraksiyonun son bulmasi iizerine. her boliim s1ra ile bo~altma 1
Karnofsky, Chem. Eng., 57: 108 (A8;ustos 1950).
380
381
yerine gelir, delikli taban k1sm1 a.;:I!u ve ekstraksiyonu tamamlanm1~ madde, bo~altma oluguna dokiilerek cihazm d1~1na ta~Imr.
traktorler gaz ve buhar sizdirmayacak ~ekilde yap1hrlar. Bu durum, bolmelerin doldurulma ve bo~altihnalarmda biiyiik problemler dogurur.
Cihazm d1~mda yer alan bir seri pompa D, her bOlmenin altmdan <;:ozeltiyi . ahr ve onun oniindeki bolmeye puskiirtiilmek E iGin giinderir. Bu metod hakikl bir :I.It ak1m ekstraksiyonu temin eder. Bu ekstraktor, kovah ekstraktiirlerin sahip olmad1gi kadar, geni~ bir kullamlma alanma sahiptir.
7-9. Ekstraksiyon iinitesinln akun diyagramL Bir ekstraksiyon iinitesi ekstraktiirden ba~ka daha bir ~ok cihazlardan meydana gelmi~tir. Basitle~tiril mi~ bir ak1m diyagram1 ~ekil 7-9'da giisterilmektedir. Ekstraksiyon art•g•, son <;:iiziicii damlaciklanpdan da kurtanlmahd1r. Bu kurtanlma i~lemi, artiklan buhar caketli ve vidah ta~IyiCI!ardan birka<;: defa geQirip ISitmakla yap1labilir. Kurutma i§lemi i<;:in, a~m lSiti!mi§ Qiiziicii buhan kull~mlmasi da tavsiye olunabilir. En s
Eks\rakle
olacak ham madd
Ekstraktiir E kslrakle olmu~ ~ekil
7- 8. Rotosel ekstraktOrtin
c;ah~ma
Densik ozelti
madde
diyagramt. (Blow- Knox).
. COzi.ic i.i
Sekil 7-S'de bir rotosel ekstraktoriin <;:ah~ma diyagrami gosterilmektedir. Kama ~eklindeki biilmeler, yagh tohumlarm dolduruldugu doner bolmeleri degil, cihazm alt k1smmdaki toplama klSlmlanm giistermektedir. 7 numarah bol- . me, yagh tohum par<;:ac1klarmm iyi bir ~ekilde <;:iiziiciiden aynlabilmelerini te- · min maksad1 ile biiyiik yapiimi~tir. Suspensiyon halinde yagh tohum kmklan ihtiva etmesi miimkiin oldugu i<;:in, 1 numarah bolmeden misella ahnmaz. 1 numarah bolmeden ahnan <;:iizelti, 2 numarah bolmeye gonderilir ve burada, yagh tohum par<;:aCiklarmm te~kil ettigi siizge<;:ten siiziiliir ve bundan sonra d1~an ahmr. Kullamlan <;:oziicii genellikle heksandir. Triklorbenzen gibi klorlanm1~ <;:iiziiciiler tavsiye · olunmu~sa da, fiatlarmm pahah olmas1 sebebi ile kullam~lar1 pratik olmami~tir. 1ster heksan, ister klorlanmi~ hidrokarbon kullamlmi~ olsun, · patlama tehlikesi ve fazla miktarda <;:iiziicii kayb1 gibi sebeplerden dolay1, eks-
evaporatOrU
1. . . . .
Cozucu distitasyon kolonu
u
an
Ekstrakte olmus yaprakc•klar $ekil 7-9. YaAh tohumlardan
Cozucliden kurtanlm1s yag ya~
ekstraksiyonuna ait•bir ekstraksiyon linitesinin ak1m
~emas1.
men kurtanhr. <;oziiciiden kurtarma ve kurutma esnasmda elde olunan ~iiziicli bl!han derhal yogunla§hnhr ve bir ba~ka ekstraksiyon operasyonunda kullamhr. Ekstraktiirii terk eden misella onemli miktarda ve suspensiyon halinde kat1 mad. deleri havidir ve siiziilerek bunlardan kurtanhr. Bundan sonra misella distilasyona ugratilarak Qiiziiciiden kurtanhr. <;oziiciiniin biiyiik bir kisml, e§anjor borulan
382 uzun ve dii§ey bir evaporatorde evaporasyonla; geri kalan k•sm• ise, ~·plak su buhan kullamlarak distilasyonla uzakla§tmhr. Bir ekstraksiyon iinitesinde ~o ziiciiyii geri kazanmak, s!Cak <;ozeltilerin Isismdan faydalanmak ve ekstrakte olan maddeyi son <;oziicii eserlerinden kurtarmak i<;in, <;ok say•da ·yardimci cihaz kullamhr. Bu sebeple, bir ekstraksiyon iinitesinin akim §emasi olduk<;a kari§Ikt•r ve bunun bir sonucu olarak ekstraksiyon cihazmm kurma ve i§letme masraf!, biitiin iinite masraflarmm ufak bir lmmm• te§kil eder. 7-·10. Ufak taneli maddelerin ebtraksiyonu. Ekstraksiyona ujirahlacak maddenin ince bir §ekilde ogiitiiliip <;oziicii i<;erisine suspensiyon halinde dag•· tilmasi, iyi bir §ekilde kan§tmlmas• ve kolayhkla <;okelip aynlmas1 hal!nde, ekstraksiyon cihaz• olduk<;a basil yapili§tadtr. Pratikte boyle bir <;ah§ma i<;in 200 me§'li!, ojiiitme yeterlidir. Bu incelikte bir ogiitme olduk<;a sert maddeler i<;in miimkiindiir ve bu sebeple yukar1da a<;tklamast yaptlan metod minerallerin ve <;okeltilerin ekstraksiyonunda uygulanabilir. Bunun tipik iirnekleri: Altmm si• yaniir <;iizeltisi ile ekstraksiyonu, boksidin sulfat asidi ile ekstr~siyonu sonunda §ap <;ozeltilerinin elde edilmesi, kalsiyum karbona! <;iikeltisinden sodyum hidroksidin ekstraksiyonu ve bunlara benzer diger ekstraksiyon operasyonlan. Bu k1stmda a<;1klanan ekstraksiyon metodlarmm hemen hepsi altmm siyaniir <;iizeltisi ile ekstraksiyonundan dogmu§tur ve diger kimyasal operasyonlara uygulanmadan once, uzun zaman sadece bu maksatla kullamlmt§tlr. Bu ekstraksiyon operasyonlarl, katt maddeyi stvt i<;erisinde suspensiyon halinde tutacak, katt par<;actklar yiizeyindeki <;ozeltiyi y1kayacak ye <;lizeltiyi ekstraksiynnu yaptlm•§ katt maddeden aytracak bir cihaza ihtiya<; giisterirler. Ekstraksiyon operasyonunun son iki ktsmt genellikle (fakat her zaman pegil) aym cihaz i<;erisinde yapthr. Katt maddede bulunan komponentin <;iiziinmesi i<;in, tarakh veya pervaneli bir kart§tmctya veya kuvvetli hava aktmma (hava jeti) sahip herhangi bir kap veya tank kullamlabilir. Ozel istekleri miimkiin oldu~u kadar geni§ bir §ekilde kar§Iiayan, sadece bir tip ekstraktor mevcuttur.
7·11. Don kllrllllmCIS!. Cok geni§ uygulama alanma sahip olan bir cihazd1r. Bu cihaz (§ekil 7-10) merkezi bir hava yiikselticisine A sahip diiz tabanh bir tankttr. Havah yiikseltme borusu aym zamanda §aft vazifesi giiriir, hem alt kts•mda C ve hem de iist kmmda B. bir seri kollar ta§tr. Alt kls•mdaki kollar kaz•ytct taraklan havi olup, hareket ederken (taraklarm iizel egimi sebebi ile) c;okelmi§ maddeleri merkezdeki hava jetli yiikselticiye iletirler. Dstteki kollar ise ytkaytct §eklindedir ve hava jetli yiikselticiden gelen kart§tmt bo§alttrlar. Kollarda <;ok saytda delik vardtr ve diinme esnasmda suspensiyon, tanktaki <;oziicii yiizeyine diizgiin olarak dagthl;r. All k•stmdaki kollar, merkezdeki §afta oynak bir §ekilde baglanmt§lardtr ve bu suretle, tabandaki birikintilere, taki!arak cihazm c;ah§masmi aksatmazlar.
383
Ekstraks1yon i<;in kullamlan her tip cihaz devamh veya devams1z bir ~e kilde ~ah§tmlabilir. Bunlarm i<;erisinde en basiti, kall maddeyi ve c;iiziiciiyii kart§ttrma tankma doldurmak ve <;iiziinme tamamlamncaya kadar kan§tirmaya devam etmek, sonra kan§ltrma tankm1 bo§altmakltr. Biiyiik mikdarlardaki <;ah§mrlarda devamh operasyon daha c;ok tercih olunur. Bu durumda, §ckil 7-lO'da giisterildigi gibi, karl§ttrma tankma bir giri§ ve bir de <;Iki§ konulur.
$ekil 7 ~ 10. Dorr kan~tmc 151 : A, havah ytik~eltme borusu ve $Sft; B, ytkaytctlar; C. taraklar.
7·12. Toz edllnilij katJ maddelerin devamh ekstraksiyonu. Daha evvel a~•k landtgt gibi, ekstraksiypn operasyonlan esas olarak iki kademede meydana gel~ mekte ve bunlarm her ikisinin de aym cihaz iQerisinde meydana getmlmes• miimkiin olmaktadtr. Bunlardan birincisi, kan§tmdaki <;oziinebilen komponentin dogrudan dogruya <;i:iziinmesi ve diger inert komponentlerden kurtuhnasidtr Minerallerden altmm <;iiziinmes~ ·kavrulmu§ baktr minerallerinden bakmn c;oziinmesi, pancar hiicrelerindeki §ekerin Qi:iziinmesi, ya~h tohumlardaki yagm c;oziinmesi, kabuk ve kiiklerden illl.~ ham maddelerinin c;iiziinmesi buna hirer iirnek te§kil ederler. Bu operasyonlarda istenilen, sadece c;iiziinebilen komponentin <;iizeltiye ge<;mesi olmaytp, aym zamanda <;ozeltinin ,de katt maddeden tamamen temizlenmesidir. lkinci kademede <;iiziinme meydana gelmemekte, suspensiyon halindeki kall mad de c;ozeltiden kurtanlmaktadtr. Bu son operas yon bazt hallerde sadece siizme §eklinde yaptlmakta ve yukanda a<;tklanan operasyonlar uygulanmaktadtr. Bu iki kademe o §ekilde meydana gelntektedir _ki. herhangi bir noktada meydana gelen olaym <;iizme mi yoksa ytkama m1 oldugunu siiylemek miimkiin degildir. Bu husus iizellikle difiizyon bataryalan ve ya~h tohumlardan yag ekstraksiyonu yapan ekstraktorler iQin dogrudur. Bir<;ok kimyasal reaksiyonlar sonunda <;iikelti te§ekkiil eder ve bu c;iikeltinin <;ozeltiden tarnamen kurtartlmast i<;in ytkanmast gerekir. Bu durumda, katt maddenin ~oziinebilen komponentlerinden herhangi birinin c;iiziinmesi istenil-
385
384 mez. Bu y1kamadan maksat, sadece kat! madde yiizeyine yapi§ffil§ ~iizeltinin uzakla§tmlmasidir. Bu suretle az veya ~ok miikemmellikte bir ayiTn1a ile ~ozii nen ve ~iiziinmeyen komponentler birbirlerinden aynlmi§ olur. Bu i§lem ~okel tinin ~oziicii ile kari§hnlmasi, ~okeltinin dibe ~okmesi i~in bekletilmesi, iistteki berrak c;ozeltinin bor;altilmasi ve bu i§lenilerin istenildigi kadar tekrarlanmas1 r;eklinde uygulamr. Y1kama i§lemi, her seferinde taze c;oziicii kullamlarak veya ters akim prensibine gore ~ahr;mada, sadece y1kamayi terk etmek iizere olan c;okeltiyi taze c;oziicii ile y1kayarak yap1hr. Ele gecen y1kama ~ozeltileri toplamr
ve soudan bir evvelki ekstraksiyon tankmm veya bolmesinin y1kanmasmda kul]anthr. Ufak kapasitedeki iiretimlerde y1kama ir;lemi, ekstraksiyon operasyonunun yaptld1gt esas kart§ttrma tankmda yapilabilir. Biiyiik kapasitedeki iiretim]erde ise, iiretimin devamh .;]mast istenildigi i~in, cihazda hi; degi§iklik yapilmast gereklidir ve bu degir;iklikten sonra meydana gelen sisteme zit - aktm dekantasyonu adt verilir.
7-13. Don koyulllljhnCJSL En ~ok kullamlan c;okeltme cihazi Dorr koyular;tmclSldiT (~ekil 7-11). Bu, yiiksekligine nisbetle olduk~a biiyiik bir ~apa sahip, diiz tatianh silindirik bir tankt1r. <;:ok yava§. donen kollara sahip merkezl bir r;aft1 vardtr. Stvi ve ince ogiitiilmiir; kat1 madde kan§lmt, iyice kan§tmldiktan sonra, tanktaki SIVtda herhangi bir ~alkalanmaya meydan vcrmeyecek §ekilde, yava§ yavar; merkezi §aft1 saran delikten cihaza gonderilir. Tankm ~apt, s1vt faz ic;erisine dagilml§ taneciklerin ditie ~okelmelerine imk!tn verecek biiyiikliikte olmahd1r. Berrak c;ozelti, tank1 i~ten tamamiyle saran bir ;avag1 a§arak dtr;an ahmr. Yavar; donen ve dip kJsmJ tarayan kollar, c;iikelen kat! maddeyi mer. keze toplar ve buradan d1r;an atthr. Dorr koynlar;tmclSI sadece kat!lan sivilardan ayirmak i~in kullamlan bir 'cihazdiT, fakat katilann y1kanmasmdan bahsettigimiz bu kJsJmda bahsedilmeye deger. 7-14. Devamh ~~an ztl ·alum dekantasyon sistemleri. Tipik bir ztt aktm dekantasyon ir;lemi (r;ekil 7-12), sodyum karbonattan sodyum hidroksit elde edili§i ornek ahnarak, gosterilmektedir. Bir veya birka9 kanr;ttrma tankt seri olarak dizilir. Bu kan§hrma tanklarmm kapasiteleri bir ekstraksiyon i§leminin veya
. It
r=~::r~ . Hr.-
IJJlu7~
I
Reaksiyon kan;;tmctlan Depolama tankma veya Evaporatorlere • $ekil 7- 12.
Sekil 7 - 11. Dorr
koyula~hnctsl.
Koyula:;t1net
Koyula~tmctlar
kullanan bir ztt ~ aktm dekantasyon sistemi.
kimyllsal bir reaksiyonun tamamlanmasma imk!tn verecek biiyiikliikte olmahdu. Son kart§hrma tankmdan alman katt - stvt kart§tmt ilk koyular;tmCiya giinderilir. Bu koynlar;tmcmm berrak <;iizeltisi istenilen iiriin olup, buharlar;tmlmaya n•1. Catalta!i -
Kimya Mtihen~isliAine Giri~
F. 25
386
387
ya depolanmaya gonderilir. Birinci koyula~tmcmm dibinden ahnan ktvamh katt - styt kan~tmt ikinci koyula~tmc'tya gonderilir ve burada, iiQiincii koyula§tmctdan gelen berrak Qiizelti ile kart§tmhr. 1kinci koyula§ttnctda katt madde Qiizeltt ile iyi bir §ekilde kan~tmhr, iistteki berrak Qiizelti kart~ttrma tanklannm . ilkine gonderilir ve burada, QOziicii olarak kullamhr. Bu esnada dipte toplanan klSlm, ii~iincii koyula§tmctya gonderilir ve burada, Qiiziicii olarak kullamlan su ile temasa gelir. Goziinen komponentin tam olarak kurtanlmas1 iQin, a~ag1 yukan ii~ koyula~ttnct kullamhr. Bu ~ekildeki bir sistemin Qalt~masmda, dipte toplanan kat1 maddenin bo~aJ..tlmast kontrol edilmek istenir ve bu i~, ayarlanabilen bir eksantrik vasttast ile Qah~an diyaframh pompa (~ekil 3-26') a baktmz) yardtml ile yapthr. Bazt Zit "aktm dekantasyon 7-15. Siizge~lerle zd- alum ekstraksiyonu. sistemlerinde koyula§tmctlar yerine filtreler (siizge~ler) kullanihr. Siizme olduk~a kohy oldugu zaman bu metod uygulanabilir, kolloidal ve gii~ ~okelen katt·lar iQin uygun degildir. Aynca, koyula~ttnctlarm dibinde toplanan katt- s!Vt kan~tmmm, bir pompa yardtml ile ahmp diger bir koyul~tmctya gonderilebilmesi iQin, kan~tmm belirli bir ktvamhk derecesini a~mamast gereklidir. Ekstraksiyon tanklarmm ve koyula§ttnctlarm a!t ktsmtm terk eden kan~tmlar QOzelti ta~1makta ve bu, son kademeye kad.u devam etmektedir. Hem Qiizeltinin . ihtiva ettigi ~oziinmii~ komponent ve ~oziicii, hem de katt madde yiizeyinde tutulan bir klSlm Qiizelti, hu yolla sistemi terk etmektedir. Bunlarm geri kazamlmasi ve katt maddenin ytkanmast gereklidir. Ztt- aktm dekantasyonunun ~e ~itli kademelerinde kat1 madde 90zelti oram artmlacak olursa, da!Ja az ~oziicii kullamlarak daha iyi bir ayirma yaptlabilir.
Eva oratorlere
-8l
Na2CO+ Ca(OHlz
Sekil 7- 13. SiizgefY kullamlan bir Zit-aktm ekstraksiyon sistemi: A, reaksiyon tank1 kan~tmct; B, koyula~tmct; C, ilk siizge~; D, hulama<;. hazirlaytct; E, ikinci siizge!;.
Sekil 7-13, sodyum karbonattn sonmii~ kir.:r: ile reaksiyona sokularak, sodyum hidroksid elde edili~ini gostermektedir. Sudyum karhonat ve sonmii~ kire~ ~ozelti haline getirilir ve bir kan§ttrma tankt A i<;erisinde kan§tmhr. A tankmm hacmi, doldurulan kan§tmm miktarma ve reaksiyonun tamamlanmasma yete-
cek kadar olmahdu. Kari§tmcidan ahnan 9ozelti fazt, B koyula§tmcJSma gonderilir ve burada ilk aytrma. yapdtr. B koyula~tmc•smm ytkaytctsmdan altnan berrak c;Ozelti, kan~ttricidaki ~ozelti ile aym konsantrasyonda, istenilen iiriin olarak d1~an ahmr. lJ koyula§tlrtcislmn altmdan alman alo.m, sodyum hidroksid · c;Ozeltisi igerisinde suspensiyon halinde kalsiyum karbona! ilttiva eder. Sodyum hidroksidin miirnkiin oldugu kadar fazla bir ktsmmm, ytkama suyu kttllanmakslzm, kurtanlmas1 istenilir. (:iinkii ytkama suyu, evaporasyon i~leminin liizum• suz yere uzamasma sebep olur. B koyula~t.mctsmdan ahnan kat! - s1vi kan~tml bir diyaframh pompa yarchm1 ile devamh gah~an doner bir siizgece C giinderilir. Bu tip siizge~ ·ktsrm 12-15'te a~1klanmakta ve ~ekil 12-15'te gosterilmektedir. Siizgeg iizerindeki kek ~ozelti ile y1kamr ve boylelikle kjdsiyum karbona! ktsmen sodyum hidroksidden kurtardmt~ olur. Siizgecten ahnan ~ozelti B koyula~tmclSlmn iist aklmma illlve olunur ve istenilen iiriinii te§kil eder. C siizgecindeki kek pompa ile nakledilemiyecek kadar ktvarult oldugu i~in, once ufak bir kart§tlrma tanlana D aktanhr. Bu, yar1 silindirik bir yap1ya sahip olup, igerisinde kanath bir kart~ttncl vardu. Kek bunun i~erisinde, E siizgecinden ahnan ~iizelti ile kan§ttnhr ve pompa ile naklolunabilecek bir ktvama getirilir. Bu kart~Im buradan ikinci siizgece E gonderilir. E siizgeci dogrudan dogruya su ile y•kamr ve sistem uygun §ekilde plllnlanmi§sa, arttk ~ok az wdyum hidroksid ihtiva eder. E siizgecinden alman siiziilmii~ berrak QOzelti, (a) D kan~ttnclSlna giinderilerek burada, kekin naklolunabilecek bir bulama~ haline gelmesine ve (b) C siizgecinde kekin ytkanmasma yarar. iki siizgegten daha fazla siizg~ ihtiva eden sistemler gok yaygm degildir. Fakat siizge~ ve koyu!R§tmctdan meydana gelen herhangi bir sistem istege gore haztrlanabilir. Bunlarm i~erisinde tek koyula~ttrlcl ve iki siizgeg ihtiva eden en yaygm sistemdir. Sekil 7-13'te gosterilen sistemin digerlerinden iistiinliigii, ~oziinen komponentin uzakla~tmlmas• icin daha az· y1kama suyuna ihtiya~ giistermesidir. Bu sistemin digerlerine iistiin olmayan yam ise, siizgeg iizerinde y1kama suyunun cozeJt;yle denge~e eri§mesinin §iipheli olu~udur. Bu husus, siizgec bezinin ve piiskiirtme memelerinin durumuna baghdu. Siizgec iyi bir §ekilde cah§tml, mazsa, siizgecin farkl1 noktalarmda kek ka!Iultgl degi~ik olur ve ytkama suyu, kekin ince oldugu bOlgelerden gecer. Bu durumda kekin kahn oldugu yerler ya hi<; veya pek az ytkanml§ olur. 1yi bir §ekilde 9i'h~ttrilan bu sis! em, aym mikdar su icin, ztt - ak•m dekantasyon sisteminden daha iyi sonuc verir. Pratikte, Zit aktm dekantasyon sisteminden oldukca farkl1 tarzda calt~an, siizge~ sistemlerine rastlamak miimkiindiir. Siizge~ler, kendilerine e§deger koyula~tmCJ!ardan daha az yer i~gal ederler, fakat daha pahahdular. 7-16. SiVJ • SIVJ ebtrabiyonu. S!Vl - stvl ekstraksiyonu, distilasyon kadar geni§ kullantlma alamna sahip degilse de, bu operasyonun iinemli uygularnalan son senelerde gittikge artmaktad1r. Ozellikle petrol endiistrisinde biiyiik iinem
388
389
kazanmt~. kaydmct yaglarm viskozite karakteristiklerini diizeltmek maksadt ile, . bu yaglann rafinasyonunda kullamlmaya ba§lanmt§llr. Buna ililveten aromatik hidrokarbonlarm, parafinik ve naftanik hidrokarbonlardan kurtartlmasmda; ben. zinden, kalevi ekstraksiyonla kiikiirtlii bile~iklerin uzakla~tmlmasmda knllamlmaktad~r. Stvt- stvt ekstraksiyonu (9iiziicii olarak. furfural kullamlarak) bitkisel yaglarm ekstraksiyonunda da kullamlmaktadtr. ila9larm ve bu arada bilhassa antibiyotikl~rin elde olunmasmda geni§ bir kullamlma alam bulmu~tur. Stvt - stvt ekstraksiyonu i9in kullamlan cihazlar, bugiin bile az veya 90k geli§me devresiude bulunmaktadtrlar. Bunun bir sonucu olarak, 90k degi~ik tipte cihazlar kullamlmaktadtr 1• Kan§llrma- durultma iinitesi bir9ok ekstraksiyonlarda uygulanmakla beraber, ekstraksiyon kulelerinin kullamlmasma kar~t biiyiik bir istek vardtr •.
7-17. Ekstraksiyon kuleleri. Stvt- stvt ekstraksiyonu yapan kulelerde, iki sivt faz vardtr ve bunlar, kule i9erisinde birbirlerine Zit yi:inde akarlar. Ag1r olan faz, kulenin list ktsmmdan girer ve a~agtya dogru akar; bu esnada hafif olan faz, kuleye alt ktsmmdan girip yukanya dogru yiikselir. Fazlarm birbirleri ile iyi bir §ekilde temasa gelmeleri ve birbirlerinden aynlmalan i9in 9e§illi metodlar kullamhr. Bunun bir sonucu olarak, ekstraksiyon kuleleri a~agtdaki §ekilde bir stmflandumaya ti\bi tutulabilir. 1. Rafh kulelet·. En 90k kullamlan raflllr, elek raflar ve kademeli (§a§Irlmah) raflarm degi~ik tipleridir. Elek raflara sahip bir ekstraksiyon kulesi, bir9ok bak1mdan distilasyo;.da kullamlan kalona (ktstm 6-15'e bakmtz) benzer. Bununla beraber, raf yiizeyi iizerine delik kenarlan konularak jet tipi deliklerin yap•lmast, dagtttlmt§ faz tarafmdan rafm tslalllmast sebebi ile dogacak bir9ok gii~liikleri ortadan kaldtrmaktadtr 3 • <;:ok degi§ik tipte kademeli (§a§trlmah) raflara sahip kuleler vard~r. Biitiin bu cinslerde raflar yatay olup, stvtlarm kolon i~erisinde a§ai!tdan yukanya veya yukandan a~agtya dogru akt§lannda zikzak bir yo! takip etmesine sebep olurlar 4 •5 • Distilasyonda kullamlau kampanah raflar, iki sl\'I fazm birbirleri ile iyi bir §ekilde temasa gelmesini saglamaktadu.
2. Dolgulu kuleler. K1s1m 6-16 ve ktsim 9-4'de a9tklamalan yaptlan dolgulu kuleler stvt - s1v1 ekstraksiyonunda da kullamhrlar. Dolgu maddelerinin kullamlmast fazlann iyi bir §ekilde birbirleri ile temasa gelmesini saglar. Bu, temas yiizeyinin artmlmast ve devamh faz lnzmm yava§lalllmast ile olur. En' V.S. Morello ve N. Poffenberger, Ind. Eng. Cltem., 42: 1021 · 1035 (1950). z Davis, Hicks ve Vermeulen, Cllem. Eng. Progr., 50: 188- 197 (1954). ' D.P. Mayfield and W.L. Church, Ind. Eng. Cltem., 44:2253-2260 (1952). ·l R.E. Treybal, «Liquid Ex'fraction,» Me Graw-Hill Book Company, Inc., New York ( 1951) sahife: 293. s Treybal Ind. Eng. Chem., 46: 93 (1954).
diistri tipi dolgulu kulelerde, teorik bir rafa e§deger dolgu yiiksekligi oldukc;a farkhdtr, 9ogu zamav 1,50 ilii 6 m arasmd1 degi§ir. 3. Piiskiirtmeli kuleler. , Bunlar en basil ekstraksiyon knleleridir. Dolgu maddesi veya raf ihtiva etmeyen tamam~n bo§ kulelerdir. Srv1lardan biri devamh faz olarak biitiln kuleyi doldurur, diger faz ise pliskiirtiilerek bunun kerisine dagt!Ihr. Fazlarm birbirleri ile temas derecesi oldukc;a azdu; devamh fazm tekrar tekrar devretmesi ve dag1ttlmr§ faz damlaciklanmn birbirlerine c;arparak biiyiimeleri olay1 meydana gelir 1• Bu sebeple teorik rafa e§deger ylikseklik oldukc;a biiyiik bir degerdir. Hem dolgulu ve hem de piiskiirtmeli kulelerde, fazlann kolona giri§ noktasmdaki alanlann uygun sec;ilmesi hususu i:inemlidir. Aksi halde fazlardan birinin, digerinin akl§ma mani olmast ve onu siiriiklemesi gibi bir dnrumla kar§lla§thr. $imd,iye kadar ac;tklamalan yap1lan biitiin, ekstraksiyou cihazlan, fazlarm birbirlerine zit yi:inde akmalan ve birbirlerinden aynlmalan i~in, yer r;ekimi kuvvetinden faydalanmaktad1r. Fazlarm yogunluklannm birbirlerinden farkh olmasmdan (bn £ark bazt hallerde ufak olsa bile) faydalamlarak, fazlarm kan§ma v
7-18. Podbielniak ekstraktorii. Cihaz esas olarak c;elik bir silmdirden A. ibarettir (§ekil 7-14). Bu c;elik silindir c;ok saytda delikli sac levhadan yapiim1§ konsantrik halkalara B sahiptir. Cihazm di:inen k1s1mlan bilyah yatak C tarafmdan ta§man mnylulara (turyori) baglanmt§ olup, hareket ettiren bir kasnag1 D vardtr. Daha ag1r stvt E noktasmdan cihaza girer, F kanalmdan gec;er ve di:inen delikli levha iinitesine G noktasmda girer. Diinen biitiin klSlmlar saatte 2000 ile 5000 devir yapttklan i9in, santrifiij kuvvet agu stvtyl delikli levhalarm deliklerinden ge9irir ve H odasmda toplar. Toplanan c;i:izelti 1 kanallan yolu ile ahmr ve nihayet K baglanttlan yard1m1 ile cihaz1 terk eder. Hafif stvt L 'noktasmdan cihaza girer. M kanallarmdan gec;er ve di:inen ktsunlarm hemen dt§Indaki H odast yakmma bo~altthr. Agtr stvt, santrifiij kuvvet tarafmdan merkezden ~evreye dogru itildigi ic;in, hafif stvmm yerini ahr ve bu sebeple, hafif S!Vl delikli levhalardan c;evreden merkeze dogru gec;er ve N odasmda toplamr; 0 kanah boyunca ilerleyerek, P noktasmda cihazt terkeder. Agu ve hafif sJvtlar arasmdaki temas yiizeyinin durumn, hafif stvtmn 91kt§ basnicmt ayarlayarak kontrol edilir. Stvtlardan herhangi biri, suspensiyon halinde katt bir madde ihtiva etmekte ise, ytkama snyu gi:indererek bunu ytkamak miimkiindiir. Y1kama 1
T.E. Gier ve J.O. Hougen, Ind. Eng. Chem., 45: 1362 1370 (1953). M
391
390
suyu, Q noktasmdan cihaza girer ve ] kanallan yolu ile, hafif fazda oldugu gibi cihazi terk eder. Cihaz1 ternizlemek iGin Gok say1da baglanti!ar R konulmu~tur ve bunlar normal zamanda kapahd1r.
7 19. Kah • SJVI ekslraksiyon teorisi. C:iiziinebilen bir komponenti, bir coziicii kullanarak ekstraksiyonla katldan aytrma operasyonu iki safhada meydana gelir: (I) katmm stvt faz ile temasa getirilmesi ve (2) stvi fazm katl fazdan aynlmast. Bu iki safha birbirinden ayrt cihazlarda yapt!abildigi gibi, aym cihaz i9erisinde birbiri ardma da yapi!abilir. Bu iki safhamn aym veya ayn cihazlarda yapi!mas•. hesaplama yoniinden bir, fark yapmaz, yeter ki operasyon ka· rakteristilderi ile ilgili yeteri kadar bilgi mevcut olsun. Endiistriyel 9ah§malarda SlVl fazm kat! fazdan tamamen aynlmas1 hemen hemen imkilnstzd1r. Bu sebeple, ikinci safhada ele ge9en alamlardan biri .normal olarak ka!I ihtiva etmeyen SIVI faz; digeri ise, ka!I faz ve ona yapi~rnl§ veya onunla birlikte siiriildenen SIVI fazdan miite§ekkil camur faztdtr. Bu iki ak1m1 belirtmek i9in Use al<~m ve alt aktm terimleri kullamhr. Fraksinasyon operasyonunda oldugu gibi (k!Sim 6-I9), hesaplamalarm yap!h§mda kademe kavrammm kullamlmast uygun giiriilmU§tiir. Her kademede, yukartda a91Jdandtg1 gibi, kat! VC SlVI fazJar once birbirJeri iJe temasa geJirJer ve sonra bunlardan stvt faz iist aktm, 9amur faz1 ise alt aku:n olarak birbirlerinden ayrt!trlar. Kat1- siv1 ekstraksiyonunda ideal bir kndeme §U §ekilde tammlarar: Dst ak1m olarak kademeyi terk eden 9iizelti, alt aktm olarak kademeyi terk eden camur tarafmdan ta§man 9iizelti ile aym bile§ime sahiptir.
Sekil 7 ~ 14. Podbielniak ekstraktOrli. A, rotor; B, delikli sac levhalar; C, bilyah yatak; D, hareket kasnagt; E, af\;tr stvt giri~i; F,G, a8tr stvt ge~i!i yollan; H, a&tr stvt toplanma odast; ], aibr SIVI '7Ikt~ yotlan; K, agtr SIVI !;lkt~t; L, hafif SIVI giri~i; M, N, 0, hafif StVr ge'7i~ yol~ Ian; P, bafif s1vt ctkt~t; Q, ytkarna suyu giri~i; R, temizleme kapa8t; S, esas gOvde; T, born ba8lantt1annt ta~tyan sabit ktstm; V, mekanik stzdtrmazhk temin eden ktstmlar.
Doner k!Simlan ta~Iyan bilyah yatak, S g6vdesine oturtulmu~ olup, aym zamanda hareketsiz alan kisimlan da T ta~1r. Bu hareketsiz k!Simlar E, K, L, P ve Q baglant!larmdan meydana gelmi§tir. Sabit k!S!mlar T, hareketli k!Slmlara, herhangi bir siZmaya irnHn vermeyeeek §ekilde V baglanmt§lardu. Bunlarm aynnt1h yap1s1 §ekilde gosterilmemi§tir. Doner k!Simlar 10 ilil 30 em arasmda degi§en bir geni§lige, 45 ilil. 90 em arasmcla degi§en bir Gapa sabiptirler. lki siVl faz arasmdaki temas o kadar miikemmeldir ki, Giiziinen komponentin bir fazdan diger faza ge9i§i tam olarak meydana gelir. Cihazm diger bir faydah yiinii de, SlVl fazlann birbirleri ile temas miiddetinin k1sa (bir ka9. saniye) olmasldir ve bu, kararh olmayan maddelerin ekstraksiyonuna imk8.n verir.
tdeal kademe kavrammm kullamlmasi, hesaplarm yapth§l esnasmda kiitle transfer htzt ile, kart§ma hizmm goz oniine almmasl zorunlugunu ortadan kaldmr. Fakat ideal kademe ile hakiki kademe arasmda bir bagmll kurabilmek i9in, kademe randtmanma ihtiya9 gosterir. Bu husus distilasyon biiliimiinde a9tklamas1 yapt!an i§lemlerle yakm benzerliktedir. · Kat! - s1v1 ekstraksiyonlan ile ilgili hesaplamalarm 9ogunda, sistemin esas olarak ii9 komponentten meydana geldigi dii§iiniilebilir 1 : (I) 9iiziinen, komponent A; (2) inert katl madde, komponent B ve (3) 9iiziicU, komponent S. C:oziinen komponent, inert kal! madde ile kart§ml~ bir kat1, inert kall maddenin i9 ktsmmda veya yiizeyinde tutulan bir SlVl olabilir. C:ogu zaman 96ziinen komponent, tek bir madde olmayip bir kan§tmdtr. Bu durumda yapt!an hesaplama, yakia§tk bir degerdir ve 9iiziinen komponentin tek bir madde gibi hareket ettigi dii~iincesine dayamr. inert komponent birka9· maddeden meydana gelmi§tir ve mevcut §artlar altmda bunlarm hepsi 90ziinmezler. Aym ~ekilde 9iizUcii tek bir madde olmaytp bir kart§tm olabilir, fakat sa£ bir cozUcU kullamlmasi daha gene! ve en 90k kar§Iia§Iian haldir, 1
Komponent terimi burada genet $ekilde kullamlml$ o1up, fazlar kaidesindek.i anhunda deAildir.
392
393 ::::J
Rto
7-20. Kab • stVI ekstraksiyon hesaplamalan. Katl- stvt ekstraksiyon mi ile ilgili hesaplamalann yapilt~mda, kiitle ve enerji dengeleri ile birlikte, distilasyon operasyonunda oldugu gibi, ideal kademe kavramt Qiiziime temel se~ilebilir. Endiistride kar~tla~ltgtmtz ekstraksiyon operasyonlarmda enerji gesi, pek fazla bir onem ta~tmaz ve QOgu zaman goz online ahnmaz. Bu sel:>er>le: hesaplamalar hep kiitle dengeleri ve ideal kademe kavramt iizerine kurulmtl§· tur.
IOl
Hem matematik ve hem de grafik Qiiziim metodlan kullamlabilir. bunlar, kiitle dengesi ile ideal kademe arasmdaki bagmtmtn Qiiziimiine v"'·nvnn' e~deger i~lemlerdir. Grafik Qiiziim metodu ', Qok kompleks sistemlerin gene! ~ekilde i~lenmesini miimkiin ktldtgt ve opcrasyon esnasmda meydana gelen li;i~meleri daha iyi bir ~;kilde goziiniine serdigi iQin (Qok saytda kademe oldlugu zaman kullamlmast pek uygun olmamakla betaber) matematik metotdan kullam~hdtr. Katt · stvt ekstraksiyonlarmm ~ogunda, kademe saytst pek fazla madtgt i~in, yalmz grafik Qiiziim metodu dii~iiniiliir.
·c:
7-21. 'O~gen diyagram. Sabit temperatiirde bulunan 2, ~ozunen, komponent ve QDziiciiden ibaret olan iiQ komponentli bir sistem, iiQgen bir yagramla gosterilebilir. Bu amaQla e~kenar veya ikizkenar dik iiQgen ku'llaJlliaL-, bilir. Her zaman kolayhkla bulunabilen aritmetik koordinath grafik kullamlmasma imkan vermesi ve bu kilgtt iizerinde, en uygun taksimatm bilmesi sebebi ile, daha Qok ikizkenat dik iiQgen kullamhr. '. Sekil 7-15, sabit temperatiirde bulunau ABS sistemine ait ikizkcnar bir i[Ggen diyagramtdtr. Yatay eksen Qiiziiciiniin (komponent S) agtrhk fraksiym1u• nun stftr oldugu yerdir, ~oziinen (komponent A) ve inert katt (komponent maddenin miimkiin olan her Qe~it kan~tmm• giistermektedir. A komr>ontentinin ,konsantrasyonu xA ile gosterilmekte olup, bu eksen iizerinde.yer alm•~ttr. benze1 bir §ekilde dik eksen, QOziicii (komponent S) ile inert katt (komponent B) meydana getirecekleri biitiin kan§tmlart ve hipoteniis, (komponent S) ile Qoziinenin (komponent A) meydana getirebilecekleri kart~tmlan giisterir. S komponentinin konsantrasyonu x s ile gosterilmekte ve ekseni boyunca yerle~tirilmektedir. lJQgenin iQerisine dii~en herhangi bir (ornegin 1 noktast gibi), bu iiQ komponentin kar1~1mtnt gi:istermektedir. Bu 1
J.C. Elgin. Trans. Am. lnst. Chem. Engr!·• 32:451
~
470 (1936).
Yalmz bir kah madde ile bir s1V1dan meydana gelen bir sistem gOz Online iyin, basmc; de~i!}imlerinin sistem iizerindeki tesiri ihmal edilebilecek kadar azdtr. Co:run•iir!U bajimtdan Uzerinde temperatiirtin Onemli tesiri olabi1ir .. Bu sebeple sabit temperatlir kullan1lmas1 gereklidir.
c
~
c 4> c 0 a.
E
~
vl 1,0
A, Komponentinin a!:j1rlik fraksiyonu Sekil 7- 15. Kata-sav1 ekstraksiyonu ic;in lic;gen diyagram.
taya tekabiil eden .4, B ve S komponentlerinin agtrhk fraksiyonlanm
XA ,
xn
x s sembolleri ile gosterdigimiz takdirde, a~ag1daki bagmttlar vaz1labilir.
(7-1) .t·a = 1-xA-Xs
(7-2)
(7-2) numarah bagmttdan da goriildiigii gibi B komponentinin bile~imi Xn ba· gtms•z d.egi.ldir, xA ve x s degerleri verildigi takdirde hesaplanabilir. Bu sebeple herhang1 b1r nokta, sadece xA ve .t5 koordinatlanmn bilinmesi ile bulunabilir. tl~genin dik kii~esi (xA = 0 ve x s ~ 0) inert katl maddeye aittir. Sekil 7-15'te ii~genin hipoteniisiine paralel olarak ~izilen dogrular, sabit inert katl madde bile§im (xn = C) dogrulartdJr. Giinkii bu dogrular a§agtdaki §ekilde bir dogru denklemine sahiptirler.
veya
.t
3
G.F. Kinney," Ind. Eng. Chem., 32: 1102-1104 (1942).
(7-3)
Yukandaki e~itliklerde yer alan D (dognmun x s eksenini kestigi noktanm degeri), bir sabittir. (7-2) ve (7-3) numarah e§itliklerden ~~~ somw ~·kanhr.
394
395 (7-4)
Giiz iiniine ahnan temperatiirde, A komponentinin ~iiziicii i<;erisindeki doyffiU§ <;ozeltisi diyagramda 2 numarah nokta ile giisterilmektedir. D<;genin dik kii§esi ile 2 numarah nokta)~ birle§tirdigimiz zaman meydana gelen dogrunun iistiine dii§en biilge, diyagramm· <;oziinmemi~ A komponenti ihtiva etmeyen iasmm1 giisterir ve ekstraksiyon operasyonlarmm ~ogu bu biilgede yap•hr. Bu dogrunun altma dii~en biilgede ise, kall hem B komponenti ve hem de <;oziinmemi§ A komponenti ihtiva eder ve mevcnt <;5zelti doymu§ qiizelti olup, bile§imi 2 nnmarah nokta ile giisterilir. Diger tip diyagramlarla da kar§Ila§Ihr. Ornegin, ~iiziinen komponent S!Vl halde ve <;oziicii ile tamamen kan~abilmekte ise, ikf doymu§ ~iizelti meydana gelebilir. Bunlardan biri A komponenti ile doymu~ S komponenti, digeri ise S komponenti ile doymu§ A komponentidir. 7-22. Grafik ~oziim. Kararh denge §arll altmda <;a\•§an, tek kademeli bir ekstraksiyon sistemini giiz iiniine alahm. Bu sistem §ekil 7-16'da gosterilmektedir. V,, ekstraktore giren ~oziiciiniin debisi (kgr/saat); V,, ekstraktiirii terk eden iist ak•mm debisi (kgr/saat) olsun. L., ekstraktiire giren ham maddenin debisini (kgr/saat) ve L 1 , ekstraktorii terk eden alt ak1m debisini (kgr/saat) Tek 1---V2 giistersin. Dst aktmlarm bile§imleri Y1 kademeli Y2 (a~•rhk fraksiyonu olarak ve ekstraktiire giren <;oziicii dahil) y ile, alt ak•mlarm ekstraksibile§imleri ise x ile giisterilir. Bu semyon bollendirmede x ve y, iki degi§ik ekseni si stemi ·-gostermeyip sadece alt ve iist ak•mlan L1 Lo gosterirler. Bu sebeple A komponentinin Xj xo alt aktmdaki konsantrasyonu' xA ve A komponentinin iist aktmdaki konsantrasSekil 7 16. Tek kademeli ekstraksiyon sisteminde kiitle dengesi. yonu ise YA ile gosterilir ve bunlartn her ikisi de A komponentine ait eksen uze-. ri1ule yer allr. Aym ~ekilde S komponentinin alt aktmdaki konsantrasyonu Xs ve ust ak•mdak1 konsantrasyonu y s olup, bun! ann her ikisi de S ekseni boyunca yer ahrlar. x ve y'nin buna benzer §ekilde kullamh§I, distilasyon boliimiinde· a<;tklamasi y•ptlan entalpi- konsantrasyon diyagramlarmda giiriilmii§tiir. Distilasyonda bunlar mast ile SIVI ve buhar faz• konsantrasyonlanm giisterirler ve her ikisi de yatay eksen iizerinde yer ahrlar. Sistemi kapsayan tiim kiitle dengesi,
v,--1
... M
L,
+ V, = L, + V1
A ve S komponentleri i<;in kiitle dengeleri, Lo(x_.)o
+ V, (g)
2=
LJ(xAh
+ V (g_.h
(7-6)
Lo (x slo
+ V, (g sh =
L, (x 8 )t
+ V (gsh
(7-7)
1
1
dir. <;:iinkii (7-5), (7-6) ve (7-7) numarah e§itliklerle birlikte (7-1) numarah e§itlik, sistemi tamam• ile tayin ve tesbit eder. (7-6) ve (7-7) numarah e§itlikleri kar§Ila§ltrdtgtmiz zaman, her ikisini de kapsayan a§ag•daki e~itligin yazilabilecegini goriiriiz. (7-8)
Bu e~itlikteki x alt aktmm bile§imini giisterir, A veya S komponentine ait olabilir; y, iist ak•mm bile~imini gosterir ve aym §ekilde A. veya S komponentine ail olabilir. Althklar, boliim 6'da ac•kland•g• gibi, kademe numaras1m gosterirler. x ve y'nin althk kati!makstzm iki tarafh kullamh§l, ii<;ge.1 diyagram iizerindeki noktalarm tayin ve tesbit edilmesinde basit bir metodun ortaya <;Ikmasma sebep olur. Bu sebeple (xA)o, (x s )o koordinatlanna sahip nokta basil olarak < ve (yA)>, (y 8 ), koordinatlanna sahip nokta da «y2 noktasi>> diye adlandmlabilir. ::J
c 0
>-.
·v;
',,
'\.
-'<
'
~ (Y 5lp ----\P' ,, -'< !\ .= I \ 'I , ,~(Xs)N -- -r-- -~ c
-
·;:: c (!)
I
I
I
I I
I
c
I
0
a.
E
(v l ::.::_ "'S Q 0
I,
I
I I
I
--1---t------
Q
I
lf)
(xA)Q
(7-5)
A. Komponentinin ag1rl1k fraksiyonu 1
Bu bOiiimde konsantrasyonlar hep aA:Irhk fraksiyonu olarak ifade olunmu!itur.
Sekil 7- 17. 1ki aktmm
kan~mastm
gOsteren ii!rgen diyagram.
397
396 (7-5) ve (7-6) numarah e§itlikler, k•s•m 6-19'da verilen ve bir fraksirrasyon kolonunun en iist rafma ait kiitle dengesini gosteren, e§itliklerle ozde§tir. Frak, . sinasyun kolonunun enerji dengesi e§itliginin yerini [e§itlik 6-24)], ekstraksiyon operasyonunda S komponentine ait kiitle dengesi [e§itlik (7-7)] e§itligi ahr. Bu · benzerlik ekstraksiyon hesapla!"alarmm diger kisimlarmda da aynen mevcuttur. N akirnlrii elde etmek iizere P ve Q aknnlarmm kmi§tmlmasl halini (§ekil 7-17) goz online alahm. P ak•m• iist aklm olsun ve onun bile§irnini y ile; Q alt ak1m olsun ve onun bile§imini de x ile gosterelim. N, alt veya -i.ist ak•m olmay1p · sadece bir kari§IrndiT ve bile§irnini gostermek i~in x kullamlabilir. K1s1m 6-2l'de a~Iklamas• yap1lan sebeplerden dola)'l P, Q ve N noktalarmm diiz bir dogru · iizerinde bulunmas1 ve PN /NQ orammn, Q ak1m1 kiitlesinin P aklm1 kiitlesine oram gibi o]mast gerekir.
E
1.0 y2
'iii
..><
.....~
-,
'\_:
0
>.
'li!' 0,6
E 0,2 0 :.::: 1/l
-
r--
I
"
l...v Kgr tut ulan 'ozelti K~nert kat1
\
1,5
-r---'
-~-
'\
"
I I 1/ 0,10
"'
l~o 0,20
A, Komponentinin ag1rl1k fraksiyonu Sekil 7 - 18.
D~gen
,
=
L0
=
1
(7-9) (7·10) (7-11)
Buna gore M noktast x. ve y, noktalarim birle§tiren dogru iizerinde bulunmahdiT. Besleme aklmmm (Lo aklmt) her kgr'1 1c;in 3 kgr ~oziicii (S aknm) kullamlmakta ise; x M noktas1, Xo ve y2 noktalanm birle§liren dogru iizerinde oyle bir verde bulm\mahd!T ki, bu nokta a§ag1daki bagmttyJ ger~ekle§tirsin. (xs)M- (xslo (g)2 - (xs)M
3 1
Bu bagmtmm yaz1h§I k•s•m 6-2l'de a~Iklamas1 yap1lan aym prensibe ve sebebt• dayamr. Boylelikle xM noktastnm yeri tesbit olunur.
.... F
1\.
1/
0,4
0
c..
t-tx
+ V1 = L, + V, M (xA)M = L 0(xA)o + V, (y A), = L 1(xAl. + V, (y ) 1 M(xs)M= Lo(xs)o + V, (gs), L, (xs), + V, (gs) M
(xA)M - (XA)O (gA),- (xA)M
1--
~XM
-;:
.!: c: ~ 4> c:
~~o
f\_ I
o.8
..><
~
fl..,.
ve (y s ), koordinatlanna sahiptir. Bn durumda kiitle ve komponent dengeleri a§agtda yazildigl gibidir.
diyagramm geni$1etilmi:;; ktsmt.
Sekil 7-18, ii~gen diyagramm geni§letilrni§ k1srni olup, ac;•klamast yapll:an gene! halin ozel problemlere uygulanmasm• giistermek maksad1 ile kullamlacak· tiT. Sisteme gonderilen madde (Lo ak•m•) 0,18 agn·hk fraksiyonunda A kompo· nenti ihtiva eden, A ve B komponentlerinden ibaret bir kan§IIll olsun. Bu mm bile§imi diyagramda x, noktas1 ile gosterilmi§ olup; bu noktamn ko•ordli· natlan, yukaTida ac;•klad•g•m•z gibi (xA)o ve (x s ), d1r. Goziicii aklmt (V2 ......... , saf S komponenti ise, onun bile§imi y, noktas1 ile gosterilir ve bu nokta
(7-9) ve (7-11) numaiah e§itliklere gore xMnoktas1, aym zamanda Xi ve y, noktalanm birle§tiren dogru iizerinde de bulunmahdJT. Hesaplamamn bu noktasmda, ne x, ve ne de y 1 bilinmektedir. Kademe ideal bir kademe oldugu takdirde elimizde fazladan bir bilgi vardiT. Giinkii bu durumda, kati madde tarafmdan tutulan 9iizelti, iist ak1m Giizeltisi ile aym bile§ime (!/!) sahiptir. Fakat bn bilgi bile _,, noktasmm yerini belirtmeye yetmez A komponenti tam olarak Giiziinrni.i§ (yeterli zaman ve kan§tirmamn temin olundugu kabul olunuyor) ve elde edilen 9ozelti doymami§ ise, alt aktmm L, ~oziinmeyen komponentlerin (B komponenti) bir kan§Iml oldugu dii~iiniilebilir ve bile§irni orijin noktast (dik ko§e) ilc gosterilir. Giinkii inert kall maddenin, A ve S komponentlerine ait agiThk fraksiyonlan bu durumda sifiTdiT. Gozelti ise (YAh, (y s )1 bile§irnine sa· hiptjr. Bu sebeple x 1 noktas1, orijin ile y 1 noktasmi birle§tiren dogru iizerinde bulunmahdJT. Aynca xM noktas1, x1 ve y 1 noktalarmdan ge9en dogru iizerinde de bulanacag1 ic;in, orijin, x 1 , x M ve y, noktalanmn diiz bir dogru iizerinde yer almast gerekir. Bu dii§iinii§ bize y 1 nokta,mm yerini bulma imkilmm verir. Bu maksatla, orijin ve xM noktasmdan ge~en dogrunun hipoteniisii (kati inert kom· ponent ihtiva etmeyen A ve S komponentlerinin biitiin kan§Irnlanmn yer ald1gt iist ak1rn) kestigi nokta bulunur. Yeri heniiz bilinmeyen x1 noktasmm orijin ve xM noktalanm birle§tiren dogru iizerinde bulundugu bilinmektedir. 7 23. Alt akun bile~imlnin bulunmast. Alt aktmda, her kgr 9iiziinmeyen ka!l komponentin ka9 kgr 9iizelti tuttugu bilinmeli veya tahmin olunabilmeli-
399
398 dir. Bunun 1,5 kgr oldu~unu kabul edelim. A ve S komponentlerinin meydana getirmi~ oldu~u biitiin <;ozeltilerin B komponenti ile kari§Iffil (bu 1,5 oranmda) ii<;genin hipoteniisiine paralel diiz bir do~ru iizerinde yer ahr ve bu do~ru ekseni xs= 0,600* noktasmda keser. x 1 noktasi bu do~u iizerinde bulunmahdir. ·Buna gore x, noktasmm yeri, orijin ve xM noktasmdan ge<;en do~runun, alt akim bile~imlerini gosteren do~ru ile kesi~ti~i yer olarak bulunur. · Yukanda a<;Iklamasi yapi!an grafik <;oziim metodunda idenl kademe ba~m t!Sl, orijinden ge<;en .x, ve y1 noktalanm birle§tiren diiz do~ru ile gosterilir. Bu do~ru, distilasyonda gormii§ oldu~umuz entalpi- konsantrasyon diyagramlanmn baglanti do~rularma e§de~erdir.
dogru diiz bir do~ru olmak:an -~1kar, bir e~ri olur. Bu e~rinin §ekli ekstraksiyona ugrati!an sisteme, ekstraksiyon cihazma ve operasyon §artlarma ba~h olarak de~i§ir. Bu bilgilerin hesaplanarak bulunmas• mumkun de~ildir, ancak deneyle elde olunabilirler. <;oziinmeyen kah komponentin her kgr'• tarafm9an tutulan <;ozeltinin miktan bilinmekte ise, alt ak1m bile§imlerinin koordinatlan ya matematik veya grafik metod ile bulunur. Omek 7-1 Yagh tohum par~actklarmdan, benzen kullamlarak ya~ ekstraksiyonuna ait bilgiler, belirli bir operasyon temperatlirii ve belirli bir cihaz i~in a$a~1da verilmistir. CiJzelti bile#mi YA, kgr yaifkgr rOzelti
<;oziinebilen komponentin hepsinin <;oziinmii§ olmas• §eklindeki s•mrlama, bu metod i<;in mutlak surette liizumlu degildir. Bununla beraber <;oziinebilen komponent tamamen <;oziinmemi§se, sistemin operasyon karakteristikleri ile ilgili ililve bilgilerin (<;oziinenin mevcut total fraksiyonu gibi) elde mevcut olmas1 gerekir. Aym §ekilde, iist ak1m bir miktar kat! komponent (B komponenti) ihtiva etmekte ise. grafik <;oziim metodu bu hu>usu goz online alank de~i§tirilir. Bu durumda ta§man katmm berrak <;ozeltiye oram bilinmeli veya hesaplanabilmelidir. Yukanda yapm•§ oldu~muz a<;Iklamalara gore, <;oziinmeyen kat• komponent tarafmdan tutulan <;ozeltinin miktar1, alt ak•m bile§inllerinin yerini belirleyecektir. En <;ok kar§IIR§IIan hal, <;oziinmeyen kati komponentin her kgr'1 tarafmdan tutulan <;ozelti miktarmm de~i§mesi ve <;iizelti bile§iminin bir fonksiyonu olmas1 halidir .. Bu hal <;ozelti i<;erisindeki <;iiziinen konsantrasyonuqun, geni§ s•mrlar arasmda de~i§mesi ve yiiksek bir de~ere ula§masJ gibi durumlarda goriiliir. Bu dunimda <;ozeltinin fiziksel karakteristikleri ozellikle viskozitesi, fazla miktarda d~i1;i§ir. Bunun bir sonucu olarak, alt ak•m bile§imlerini gosteren
* Bu husus 'j~U ~ekilde a~tklanabilir. tnert katl maddenih (B) her kgr't p kgr ~Ozelti tutmakta olsun. Buna gOre.
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
= L,
veya
(xs);
=
1
!
P
= sabit
(rn>t sabit olduA;u i~tin, bUtlin alt aktmlann yeri (bile$imi) ii~rgenin hipotenUsUne paralel bir dojru i.izerinde bulunmahdtr. Bundan b~ka ~rOzUnen' (A komponenti) ihtiva etmeyen bit ~Ozeltinin halini gOz Online alacak olursak, a$aAtdak.i ba~mtdan yazabiliriz.
xa +xs"""" 1 x 5 =t-xa=t~
1 1+p
p p+1
---- = - -
0 X
kgr tutulan !i(0zelti
6 'y
kgr ya~siZ kat! madde
Yukandaki esitliktc 0 · sembolti, orijini gOstermektedir. Hakikatte a$aj1daki bagmt 1y 1 kuiianarak r'in yerini tesbit etmek daha kolaydtr. kgr tutulan !i(0zelti kgr alt aktm
aktmt tarafmdan tutulan ~Ozelti, kSf".
_ 1- (xs); (xs);
P-
0,500 0,505 0,515 0,530 0,550 0,571 0,595 0,620
CfizUm. Alt ak1m bile$imlerinin mcydana getirdigi doErunun grafik metodla bulunU$U hususunda, ~Ozeltinin kgr'mmda 0,10 kgr ya~ ihtiva eden bile$im Omek almacaktlr. y 8 g10 hepsinin ~zliclide ~Oziindli&_linti kabul edelin:i. Alt ak1m, ya8s1z katl maddenin her kgr'1 tarafmdan 0,505 kgr ~ozelti tutan bir durumdad1r. Bu sebepten alt alomm ti~gen diyagram i.izerindeki bilC$imini gOsteren x noktast (sekil 7-19), orijin ile ~Ozelti bilesimini birlestiren dogru iizerinde bulunmah ve yeri asaStdaki ba8mhyi saSlamahdu.
Li (x11,), = L, aktmmdaki inert katl (burada L, herhangi bir alt aktm), kgr Lt [1- (raJ,]
Tutu/an rOzelti kgr rOzelti/kgr yaUstz katt madde
=
xA - 0 YA- 0
xs-0
Ys-0
(7 - 12)
ve sonra (7 -12) numaralt e~itlik xA veya rs 'e gOre ~Ozliltir.
0,505 xs 1,505 =o;90
vo
>·s =0,302
Orijin ile Y noktasmt birle~til ~n doiru iizerinde x noktast yer 2hr ve 0 302 ordinat desahi~~· rA'nm sekil 7-19'dan okunan deieri 0,034, (7-12) numarah ·e~itlikten hesaplanan. deA;en 1se 0,0336'dir. Bu islemi diger ~Ozelti bile~imleri i!i(in de 'tekrarladt8ImlZ tak.dirde, d18er noktalar da ele ge!rer (~ekil 7-19'a bakimz). Alt ak1m bile~imlerinin koordinatlan tabla 7-l'de g0sterildi8i seki1de hesaplamr.
Serine
401
400
Bu iizel durumda, yags1z kati mnddenin birim ktitlesi tarafmdan tutulan .;iizeltinin miktarmda giiriilen degi§me olduk<;a azd1r. Bu sebeple, alt ak1m bile§imleri tarafmdan meydana getirilen dogru, hafif bir egrilik giisterir. Bununla beraber, diger baz1 orneklerde dogrudan egriye ge<;i§ olduk<;a bliyiiktlir.
1.0 0,9 0,8 :::>
c
7-24. «;ok kademeli ve Zit aktmb ckstraksiyon hesaplamalan. Sekil 7-20, <;ok kademeli ve Zit ak1mh bir ekstraksiyon sisteminin §ematik diyagrami olup. n adet ideal kademeye sahiptir. Sistemi besleyen ak1mm debisi L, ve <;ozliciiniin debisi ise V,+I sembolii ile giisterilmektedir. 1 numarah kademeye taze besleme akimt giinderilmekte ve en yiiksek konsantrasyonda <;iiziinen komponent ihtiva eden list ak1m almmaktadir. n numarah kademeye ise saf <;ozlicli giinderilmekte ve en dii§iik konsantrasyonda t;iiziinen madde ihtiva eden alt akm1 almmaktadir: Bu operasyon ·distilasyonla kar§Ila§tmlacak olursa ekstraksiyonun. fraksinasyon kolonum1n striping k1smma benzedigi giiriiliir.
0,7
0
>Vl
.:.:
Ill ~
.::.:. ~
,o, Ill
·c:c
0,6 0,5 0,4 0,3
"'Nc ro"'
v, Lo 0,10 0,20 0,30 0.40 0,50 0,60 0,70 Yagm ag1rl1k fraksiyonu
Sekil 7 - 20. <;ok kademeli ve z1t ak1mh ekstraksiyonun 5ematik diyagram1.
Besleme ak1m1 debisinin L. ve bile~iminin x., <;iiziicii debisinin \",+ 1 ve bile>iminin Yn+I, sistemi terk eden alt alamnun <;iiziinen madde miktannm (x.), olmast halini giiz iiniine alahm. Aynca, alt aktm bile§imlerinin ii<;gen diyagram iizerindeki yerleri ile ilgili, yeteri kadar bilgi mevcut olsun. ideaL kademe saytsmm grafik metodla tesbiti a~ag1daki ~ekilde yap1hr.
Sekil 7-19. ilrnek 7-1'in ~ozlimli Tablo 7- 1. Ornek 7 -l'in ~Oziimii
Alt aktm
bil~lmi
Deneyden elde olunan de~erler
c;:ozelti bile~;~imi
YA 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
kgr. tutulan
Her kgr. yaAstz kuru madde
~Ozelti
Ya~
kgr. yaAstz kuru mad.
kgr.
0,500 0,505 0,515 0,530
0,0000 0,0505 0,1030 0,1590 0,220 0,2855 0,357 0,434
o,sso 0,571 0,595 0,620
kgr. benzen kgr. yaA Benzen All ak•m alt ak1m kgr. a1t aktm kgr. kgr. kgr. Ys YA
0,500 0,4545 0,412 0,371 0,330 0,2855 0,238 0,186
1,500 1,505 1,515 1,530 1,550 1,571 1,595 1,620
Sistemin tiimiinii kapsayan kiitle dengesi,
AAtrhk fmksiyonu
0,0000 0,0336 0,0680 0,1039 o,i419 0,1817 0,2240 0,268
0,333 0,302 0,272 0,242 0,213 0,1817 0,1492 0,1148
a~ag1daki
§ekilde yaz1hr.
(7·13) A veya S komponentine ait kiitle dengesi,
(7-14) M, L. ve
Vn+l
aktmlanmn kan§Immdan meydana gelmi§tir ve bn
kan~tmm
bile§iffii, xM ile gOsterilir. xM, x0 ve Yn+t noktalanm birle§tiren dofJ;ru iizerinde
bulunmah ve bu dogru iizerindeki yeri V,.,;L. oraru ile belirli olmahdtr. (7-13) ve (7-14) numarah e•itliklerden de giiriildiigii gibi, M aym zamanda L, ve \' 1 ak1mlannm da kan§Imidu. Bunun bir sonucu olarak, X.n, .x M ve y 1 noktalannm 1.
Catalta~ . . .:. . . Kimya Mtihendislijtine Giri:;.
F .26
402
403
aym diiz doj?;ru iizerinde bulunmalan gerekir. Alt aktm bile~imlerinin iizerinde yer aldtj?;t doj?;ru bilindij?;i ic;in, bu doj?;ru iizerinde (xA)• dej?;erine teHbiil eden x. noktast bulunur. x. ve xM noktalarmdan gec;en doj?;ru, alt aktm bile§imlerinin iizerinde yer aldtj?;t doj?;ruyu kesinceye kadar uzat1hr ve boylece y, bulunur. Su a,nda, biitiin bile§imler bilinmektedir. 1 numarah kademeden j+ 1 numarah kademeye kadar olin kismJ kapsayan bir kiitle ve komponent dengesi yazmak istenirse, bu a§agJdaki §ekilde yaZJlabilir.
j kademesi, sis tern ic;erisinde herhangi bir kademeyi (j
tedir. R terimini
a~aj?;1daki
= 1, 2,
ideal kademe say1s1, orijin ile y,, y, ve diger y noktalanm birle§tiren baglantJ dogrularmm saylSI kadardJr. Sekil 7-21'deki durum 1 ilil. 2 arasmda ideal kademeye ihtiyac; giisterir.
R
... , n) gostermek-
§ekilde tammlayahm.
(7-15) ve (7-16) numarah C§itliklerden a§agtdaki e§itlikler <;tkanlabilir.
R = Lo- V1 = L1 - V, = .... = L.- V.+ 1 RxR = Loxo-
v, Yl = L, x,- V,y, =
.... =
L. x.- v.+IY•+I
(7-19) (7-20)
.£ c c c
noktas:, x. ve y 1 noktalarmdan gec;en dogru ile x. ve Yn+l noktalarmdan ge<;en doj?;runun kesi§me noktas1 olarak bulunur. xR noktast, (7-19) ve (7-20) numarah e~itliklere gore, her iki doj?;runun da iizerinde bulunmahd1r. Grafik c;oziim yolu, sistemin bir veya diger ucundan b~lal!labilir. Goziim 1 numarah kademeden ba§lat!lmakta ise, y1 noktast bilindigi ic;in (ideal kademe bagmt!Sl.kullamlarak) x 1 noktas1 bulunur. Bu i§ iGin. orijinden ba§lay1p (c;oziinen komponentin tiimii Giiziinmii§ kabul edilerek) y 1 noktasmdan gec;en dogru Gizilir. Bu dogrunun alt ak1m bile§imleri dogrusunu kestigi nokta, bize x,'i ve" rir. x 1 ve xR bilindigi iGin, x 1 ve xR noktalanndan gec;en dogru ~izilir ve bu dogrunun, iist ak1m dogrusunu kestigi nokta te·;bit olumir. Bu nokta, (7-19) ve (7-20) numarah e§itliklerden de giiriilebilecegi gibi, y2 noktas1d1r.
XR
R= L1 - V, RxR = L1 x1 - V,y, Ac;!klamasl yap1lan bu i~lem, bir sonraki kademeye uygulanabilir. Bundan sonra, xA degeri (xA). degerini almcaya kadar, bu i§e devam olunur. Liizumlu
~
"'0
xz
0..
E
Alt ak1mlann bile:;imleri
0
::.:: lFJ
0
0
•
A Kom ponentinin ag1rl1k fraksiyonu Sekil 7-21. Cok kademcli ekstraksiyon i~in grafik 90zilm metodu. Ornek 7-2 1• 1
Ktrtlmt$ tohumlardan benzen kullamlarak. devamh ve z1t aktmla !;Bh$an
Bu problem kah-stvt ekstraksiyon konusunu i$leyen btitUn kitaplarda genellikle karyolundan farkh bir ~¥0Zilme sahiptir. Badger ve McCabe tarafmdan yanlan «Elements of Chemical Engineering» adh eserdeki ~Oziime iliiveten, ~u mecmualarda farkh ~m metodlan da vardtr. B.F. Ruth, Chem. Eng. Progr., 44:72 (1949); J.A. Grosberg. Ind. Eng. Chem., 42: 155 (1950); E.G. Scheibel, Chern. Eng. Progr., 49: 356 (1953). ~di,$Ilan ~OzUm
404
405
bir ekstraksiyon sistemi ile, yag elde olunmaktadtr. Elde mevcut cihaz, saatte ,2.000 kgr. kmlmt$ tohum (ya8;stz katl madde olarak) iey;ieyebilmektedir. Ham madqe, 800 kgr yag ve 50 kgr benzen ihtiva etmektedir. Taze ytkama ~Ozeltisi ise, 1.310 kgr benzen i~erisinde 20 kgf yag ihtiva eden bir ~Ozeltidir. Tiiketilmi~ kattda ekstrakte olunamayan 120 kgr yag bulunmaktadtr. Deney, Ornek 7-l'de verilen ~artlar altmda yi.irtitillmektedir. DiSer bir deyimle, kau madde tarafmdan tutulan ~Ozelti, c;Ozeltinin konsantrasyonuna baSh olmaktadtr. Buna gOre a$a&tdaki sorulan cevaplandmmz. · (a) Deri~ik ~Ozeltinin bile$imi nedir? (b) Ekstrakte olmu$ ka.tt madde tarafmda tutulan ~Ozeltinin bile$imi nedir? (c) Ekstrakte olmu$ katt madde ile birlikte ekstraktOrli terk eden ~Ozeltinin ktitlesi ne kadardu? (d) Deri~ik ~Ozeltinin klitlesi ne kadardtr? (e) Ltizumlu ekstraktOr Unitesi (kademe} saytst nedir?
Orijini xn · noktast ile birlel,ltirdikten sonra, list ak1m bile~im dogrusunu kesinceye kadar uzatacak olursak, Ln aktmmda kah madde tarafmdan tutu Ian ~Ozeltinin 0, t 19 a8;1rhk fraksiyonunda yag (b noktast) ihtiva etti8i bulunur. 1 numaralt kademeyi terk eden c;Ozeltinin bile~
0,9 0,8 :J
c 0
>-.
0,7
'iii -"'
-
ru 0,6
l;oziim.
~
COziime ba$fangrr ve temel: 1 saat. L 0 = 2.000
+ 50
800
~
= 2.850 kgr.
(xA)O
= 800(2.850 = 0,281
(x,)0
= 50/2.850 = 0,01754 + 1.310 = 1.330
vn+l
=
Yn+l
= 20(1.330 = 0,0150
(yB)n+l
(y ,)n+l
M = L0
+
20
101
ru 0,4
2.850
+ 1.330 =
Y,
.S c
"'Nc ro "'
kgr.
= 0,0 = 0,985
+ Vn+ 1 =
0,5
~
a
4.180
0,10
Lo 2.850 M=4.180 Lo
M = (
X
)
_
S M-
O '
985 .
_
(ys)n+l- lxs)M (y sln+l- (xs)o
(2.850) (0,9675) 4.180
0,985- (xs)M 0,985-0,0175-
0,20
0,30
Sekil 7-22. Sonu~ de~erlerini elde etmek i~in Ornek 7:2'riin grafik ~Oziimli.
0,985- 0,660 = 0,325
xM noktast, x 0 ve Yn+l noktalanm birle~tiren do8;ru tizerinde bulundugu i~in, deSeri ~ekil 7-22'de gOriildliAli gibi (xs>M-= 0,325 dir. Ekstraksiyonun sonucuna ait l,)artlann g0steri1ebilmesi amact ile, diyagramm bir ktsmt genil,lletilmh•tir.
'!,>imini temsil eden y1 noktast, xn ve XM noktalarmdan ge~en dogru~un, iist ak1m 'bile~im doArusu ile kesi!$me noktast olarak bulunur. Bu sebeplc, .'$ekil 7-22'de gOsterilenden daha biiyiik bir diyagrama ihtiya~ vardtr. Bu hususu temin maksadt ile, l,>Ckil 7-23'lin ~ozunen komponent ekseni biiyiik tutulmul,ltur. ~ekil 7-23'den (y A) 1'in de&eri 0,601 olarak bulunur. Alt aktmm total · kiitlesi
a~a81dak,i
baSmtidan hesaplanabilir.
xn deiJerinin bulunmasr. <;Oziicli gOzOnline ahnmadt8t takdirde bilel,lim,
120 2.120
L. (yA)l -(x A)M M = (yA)I- (xA\n
= 0,0566
0,601 - 0,196 0,405 0,601 - 0,040 = 0,561
M'nin de8;eri bilindi8ine gOre a noktast (0,0566; 0) yatay eksen tizerinde bulunur. Bu nokta ile saf benzeni gOsteren noktayt birlel,ltirerek elde olunan dogru, yag ve kmlmtl,l tohumlann (~Ozlicli hari~) meydana getirmil,l olduklan biitUn kanl,ltmlan gOsterir'. Bunun bir sonucu olarak xn noktast, bu dogru ile alt aktm""bile!$im do&rusunun kesim noktastdtr. ~ekil~7-22'den (xA)n 0,040 olarak okunur.
=
L _ (0,405)(4.180J_, 01 8 kgr • 0,561 - "·
Alt aktm Ln tarafmdan tutulan
~Ozeltinin·
kiitlesi
406
407 3.018-2.000 = 1.018 kgr Ekstrak.siyon iinitesini terk eden list ak1mm kUtlesi M-L"= V 1
:. v, = 4.180-3.018 = 1.162
kgr
tdeal kademe sayiSim bulmak i9in kullamlan grafik ~Oziim, ~ekil 7-23'de gOsterilmektedir. DOrt ideal kademeden biraz az 'sayida kademeye ihtiya.; vard1r.
noktalarmm birbirlerine c;ok yakm bulunmas1, komponentlerin kaynama noktalannm elde mevcut 1s1tma ortamma gore c;ok yiiksek olmas1 veya bir k1s1m komponentin, digerlerinin kaynama temperatiiriinde bozunmas1 gibi sakmcalar sebebi ile, distilasyon operasyonunun uygulanmas1 imkilns1z olabilir. S1v1 - s1v1 ekstraksiyonu yard1m1 ile komponentlerin birbirlerinden aynlabilmeleri ic;in, iki SIVI fazm buhmmas1 gereklidir. Bubar ve s1v1 fazlannm bu]unmasmi gerekli ktlan distilasyon operasyonu, bu bak1mdan da ekstraksiyona benzer. Distilasyonda buhar fazmm meydana gelebilmesi ic;in lSI kullamhr. SIVISIVI ekstraksiyonunda, diger bir s1v1 faz meydana getirmek ic;in c;iiziicii kullamhr. Bu sebeple distilasyondaki 1s1 ile SIVI·SIVI ekstraksiyonundaki c;oziicii benzerlik giisterir. Slvi-SIVI ekstraksiyonunda bir kademe iki k1snndan meydana gelmi§tir: (1) iki s1v1 fazm birbirleri ile temasa getirilmcsi ve (2) k1s1m 7-19'da katt-SIVI ekstraksiyonu ic;in ac;1kland1gl gib~ s1v1 fazlann birbirlerinden aynlmalan.
c c
~
c
7~26. ~iiziiniirliik ve denge diyagramlan. Bu kitapta konunun incelenmesi sadece iic; komponentli sistemleri kapsayacak §ekilde smnlandmlml§tlr. A ve B sembolleri, orijinal ikili kan§Imda bulunan iki 'komponenti; S ise, ekstraksiyon maksad1 ile kullamlan coziiciiyii giistermektedir. A c;iiziinen komponent, B ise inert komponent olsun.
0,21-fJI+f~~· :,.....,(---,.-£--+~---l--
m
0,40
0,60
Ya§1n cgrllk fraksiyonu
Sekil 7 • 23. Ornek 7-2'nin tUm
~oztimti.
7-25. Sm- SJVI ekstraksiyonu. Bir c;ozelti ic;erisinde bulunan bir veya daha fazla komponenti, bu Qiizeltiyi uygun bir c;iiziicii ile temasa getirerek, c;iizeltiden uzakla§tirmak i§lemine sivi • SIVI ekstraksiyonu ad1 verilir. SIVI- s1v1 ekstraksiyonu, bu biiliimiin ba§mda aQikladJglmlz katt - s1v1 ekstraksiyonuna benzer. Yalmz, kat1 • SIVI ekstraksiyonundaki inert kati komponentin yerini, SIVI-<;IVI ekstraksiyonunda s1v1 bir komponent almi§tlr. Sivi- SIVI ekstraksiyonu, baZI hallerde distilasyon operasyonunun yerini alabilen bir operasyon olarak da dii§iiniilebilir. Kan§lm halindeki homojen s1v1 komponentlerin (uc;ucu) kaynama
De komponentli sistemlerde en c;ok kar§tla§Ilan hal §iiyledir. A ve B komponentleri ile A ve S komponentleri her oranda, B ve S komponentleri ise birbirlerinde smnh c;iiziinebilmektedir. Sekil 7-24, pridin-su-kloroform'dan meydana gelen iiclii sistemin 25°C* derecedeki iic;gen 'diyagram1m giistermektedir. Bu temperatiirde pridin ve su, pridin ve klorbenzen birbirlerinde her oranda, su ile klorbenzen ise sm1rh c;iiziinebilmektedir. EFG ile belirtilmi~ egri «coziiniirliik egrisi>> adm1 ahr ve iki fazb biilge ile tek fazh bolgeyi birbirlerinden aymr'. Goziiniirliik egrisinin smtrlan ic;erisinde bulunan herhangi bir nokta (ornegin H noktas1), iki s1v1 fazm kart§lmmdan ibarettir: Bu iki s1v1 fazm dengeye eri~ mesi halinde fazlarm bile§imleri, baglant1 dogrusu (kesikli c;izgi halinde gostetilmi§tir) ile, denge egrisinin EF ve FG parc;alannm kesim noktalan olarak giisterilir. $ekil 7-24'te gosterilen diger baglanh dogrulan, sistemin denge durumu· nn ortaya koyar. Pridin konsantrasyonunun artmas1 ile birlikte, baglanh dogrularma ail egimlerin yon degi§imi, oldukc;a ah§tlmaml§ bir durumu giistermek*
J.S. Peake ve K.E. Thompson, Ind. Eng. Chem., 44: 2439- 2441 (1952).
1
!$ekil
7~24:'te
hipotentis, iki
do~runun
hemen hemen
~akt$mast
sebebi ile dik eksene
kadar uzatllmanti$tir. BOylelikle yanh$ bir anla$tlmamn OnJenmesi istenilmhtir.
----·---
409
408
1,00 0,90 :0
...E
."'
§ 0,80 .::::-. _!2 0,70
-e ~
mi§lir1 Bunlar §ekil 7,25'te giisterildigi gibi, dagzlzm egrisinin meydana getirilmesinde kullamhrlar. ::I
~ ~
0,60
~
c
t:!
OJ .0
0,40 0,30
~
0
::;;: 0,20
'iii ::£
; i ~s~r?kt egns1 : I I I\\~
'g' 0,50 -~
c 0 >-
I
HJ
I
! ! \ \1'\\ ~ -F •
: :I II
I I
! I
l 0,10 I l ; I ._, I
\I
1\
\ \ \
~ :o,5o ~
~
.en
.
~0,40
~
...
o.0,30
I~
\
(1j
i"'1
"'c
v
...~ 0,20
~
c
QJ
N
~
O0 G 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Pridinin ag1rlik fraksiyonu Sekil 7 - 24. Bir <;ifti smtrh 90zilniirltige sahip bir sistemin iic;gen diyagramt. 25°C c;la pridin - su - klorbenzen sistemi.
tedir'. Dengeye eri§mi§ iki fazm aym bile§ime sahip oldugunu ve baglan!I dogrusu uzunlugunun s1hr degerine eri§mi§ bulundtigunu gosteren F nokta.sma doniim noktasz adt verilir. Bile§imleri, QOziiniirliik egrisinin EF kismi iizerinde yer alan ve yiiksek konsantrasyonda Qoziicii komponent ihtiva eden SlVl fazlara ekstrakt; bile§imleri, FG kiSml iizerinde yer alanlara da rafinat fazlan ad1 verilir. Diger baglan!l. dogrularmm bulunabilmesi iQin, §ekil 7-25'te gosterildigi gibi, ekstrakt fazmdaki A komponenti bile§imlerine kar§I! olarak rafinat fazmdaki A komponenti bile§imlerinin, bir grafik kag1d1 eksenlerine yerle§tirilmesi gerekir. Ozellikle yeterli bilginin mevcut olmamas1 gibi durumlarda, baglan!l dogrularmm interpolasyonu ve ekstrapolasyonu iQin birQok metod ortaya at1lBu durumun ac;tklanmasmm yaptldt~t G.N. Vriens ve E.C. Midcarf, Ind. Eng. Chem., ,45: 1098- 1104 (1953)'e bakm1z. 1
/
YA=I._~
·c:
I\. ~wfinat ·r-e risi 1 [_.YV \
~iini.im»t' noktasivf'
~
... 0
0,10
.0
2
IV
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
Su fazmoa pridinin aQrl1k fraksiyonu Sekil 7- 25. Denge daAthmJ diyagram1. Pridin-su-klorbenzen sistemi 25°C da.
7-27. Se~icilik. Dagthm egrisi hernekadar; A kompcnentinin (pridin) B komponentinden (su) aynlmast hususunda 96ziiciiniin tesiri ile ilgili bazt bilgiler · vermekte ise de, Qoziicii hakkmda bir kriter olarak sericiligin kullamlmaSI daha uygundur. S Qoziiciisiiniin A komponenti i~in gosterdigi seQicilik a~agt daki §ekilde tammlamr.
· ·j·k·-YAfYB _ (YA)(XB) Sec;;tcii ----- -XA(xB XA YB
(7-21)
Yukar1daki e§itlikte y, bir komponentin ekstrakt fazmdaki; x ise, aym komponentin rafinat fazmdaki ag1rhk fraksiyonudur. S ~oziiciisiiniin A komponenti 1 R.E. Treybal, ((Liquid Extractionu, Me Graw- Hill Book Company, Inc., New York (1951), boltim 2.
411
410 i~in sahip oldugu se~icilik, distilasyondaki relatif u~uculukla (klSlm 6-5'e bala-
mz)
e~degerdir.
Ornegin, iki SlVl fazm dengeye ,•ri~mesi halinde (H noktasmdan ge9en baglantl dogrusu) bile§imleri a§ag•daki gibidir.
heptan ve metilsikloheksan kan§lml, ~oziicii olarak anilin kullaiulacak olursa. birbirlerinden aynlabilir. <;:iinkii anilin metilsikloheksan igin se9icilige sahiptir. Sekil 7-26'da sadece birka9 baglanll dogrusu vard1r, k1s1m 7-26'da ag1klanan metod kullamlarak daha fazlas1 bulunabilir.
1,0
Ekstrakt faz• :
hxJ '
0,
Ys
=
0,881 klorbenzen (ag1rhk fraksiyonu)
y8
=
0,009 su (ag1rhk fraksiyonu), farktan hesaplanan
o,a
9
0,7 R:1finat faZl :
xA
=
0,050 pridin (ag1rhk fraksiyonu) 0,000 klorbenzen (ag1rhk fraksiyonu)
x8
0,950 su (ag•rhk fraksiyonu), farktan hesaplanan
=
(~) = '(0,110)(0,950) = 232 (~) x.< ys 0,050 0,009 Gi:iz i:ini.ine ahnan bile§im alamnda klorbenzen, pridin i9in en miikemmel seGicilige sahiptir. Sekil 7-25'teki dag•hm egrisi iizerinde bulunan ve YA = XA = 0,295 olan nokta, ay•rmamn meydana gelmeyecegi bir durumu gostermez, -Giinkii bu nokta (§ekil 7-24'ten) §U degerlere sahiptir. YA
=
0,295
XA =
b,295
Ys
=
0,681
xs
=
0,010
x8
=
0,695 (farktan)
YB = 0,024 (farktan)
ve hesaplanan seGicilik 29'dur. SeGicilik, fazm pridin miktarmm artmas1 ile azahr ve degeri, di:iniim noktasmda 1'e eri§ir. 7-28. tki ~ifti smnh ~oziiniirliigc sahip ii~lii sistemlcr. Sekil 7-24'te gosterilen kadar GOk rastlanmayan, fakat ekstraksiyonda riflaks kullamh~mm ac•klamas• bak•mmdan i:inemli bir yeri olan, ikinci bir tip diyagram, §ekil 7-26''da gosterilmektedir. Bu sistemde, iki tane smuh goziiniirliige sahip iki komponentli kan§lm vard1r, bunlar anilin- n.heptan ve anilin - metilsikloheksan'd!r. n1
\\~
\ 1\\~ \ \\ ~ ~
xs =
Varteressian and Fenske, Ind. Eng. Chem., 29: 270- 277 (1937).
.
...,.Ekstrakt I faz1
YA = 0,110 pridin (ag1rhk fraksiyonu)
4
[\
'\
~
1\ \ \ '\ ~ \ \ 1\\ '\ [\ \ 1\ 1\ ~ \ \ '\ I~ ·~
c:
·c:
0,2
'E
o, 1
<(
I~ 0 0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00 Rafinat taiJ
Metil sikloheksamn ag1 rlr k fraksiyonu Sekil 7-26. 1ki yifti smuh ~Oziiniirlti~e sahip ii~IU bir sistemin faz diyagram1. Metilsikloheksan-n.heptan - anilin sistemi, 25°C da.
7-29. Denge kademeleri i~in grafik ~oziim. SlVl - s1v1 ekstraksiyonu i9in uygulanan grafik ~oziim metodu §U farklar hari9, katl-slvt ekstraksiyor.unda aQlklamas• yap1lan metoda benzer. (I) ·ost ak1m dogrusunun yerini, ~oziiniirliik egrisinin ekstrakt kolu ahr; (2) a1t ak•m dogrusunun yerini, ~oziiniirliik egrisinin rafinat kolu ahr; (3) denge kademelerinin hesaplanmas1, baglant• dogrulan yardiml ile bulunur. A komponentinin bir fazdaki konsantrasyonu bilindigi takdirde, bu fazla dengeye eri§mi§ diger fazdaki A komponentinin konsantrasyonu, §ekil 7-25'te gosterilen dag•hm egrisi yard1m1 ile bulunabilir ve bu nokta Giiziiniirliik egrisine i§lenir. Omek 7-3. 25°C derecede s:ah~an t;ok kademeli bir ekstraksiyon sistemi, z1t aktm prensibini kullanarak 0,250 a,A:1rhk fraksiyonunda pridin ihtiva eden sulu bir t;Ozeltiden.
413
412 saf klorobenzen yard1m1 ile pridin ekstrakte etmektedir. Sistemi terk eden rafinat fazt 0,010 a8Jrhk fraksiyonunda pridine sahiptir. 1 (a) Sistemi terk eden ekstrakt fazmda bulunabilecek maksimum pridin miktanm saplaymrz.
he~
(b) <;Ozlicii klitlesinin besleme aktmt klitlesine oranmm 1,0 olmast halinde (1) sistemi terk/~den ekstrakt fazmm bile~im ve miktanm (kgr ekstrakt/kgr besleme aktmt olarak), {2) liizumlu denge kademelerinin say1smt hesaplayimz.
COzfun. Cok kademe1i ve ztt aktmh ekstraksiyon sisteminin l):ematik diyagramt, stVt-stvt ve kah-stvi ekstraksiyonlarmda· aymdtr (l):ekil 7-20'ye baktmz). (a) Sistemi terk eden ekstrakt fazm (V 1 aktmi) maksimum ~Ozlinen madde ihtiva etmesi, sonsuz say1da denge kademesi kullamlmasi ile rniimktindtir. Kullamlan ~Oztictiniin (V n+t ak1m1) saf S komponentinden ibaret olmas1 ve rafinat fazmm (Ln) A komponenti ihtiva etmesi sebebi i1e, ~¥0zi.iciini.in sisteme girdi~i u~ta sonsuz say1da kademe bOlgesi te~ekkiil etmez. Bunun, besleme ak1mmm L 0 sisteme girdi~i u~ta te$ekkiil etmesi gerekir. Sonsuz saytda kademenin yer ald181 bOlgede bi1e$imin, kademeden kademeye de8i$memesi sebebi ile )'2 = Y1 ve x 0 x 1 dir. 1 numarah denge kademesi i~¥in L 1 ve V 1 aktmlan birbirleri ile denge halindedir. Bu sebeple £0 ve V 1 aktmlan da denge halinde bulunacaklardtf. V 1 aktmmm istenilen bil~imi, uzattldt&t zaman besleme aktmmm bile~imini gOsteren x0 noktasmdan ge~en ba~lantt do&rusu yard1mt ile bulunur. Bu ba8Iantt do&rusunun, ~Oziinilrliik egrisinin ekstrakt kolunu kestigi nokta bize y1 degerini verir. Sekil 7-27..2'den gOrUldti{ti.i gibi, bu $artlara uyan (y A)1 deSeri 0,284 a£;uhk fraksiyonunda pridin demektir. Bu hal i~io ~Oziicii-bes leme aktmt oram ($ekil 7-27'de grafik c;izimi g0sterilmemi$tir.) 0,585 dir.
I
=
(b) 1. KlSim 7-22'de katJ-stvt ekstraksiyonu ic;in verilen baSmti ve ac;Jklamalar, ideal kademe ic;in yapdan c;izimler hari9, SIVt-stvt ekstraksiyonuna da uygulanabilir. Stvt-SIVt ekstraksiyonundQ. V sembolli ekstrakt fazm debisini (kgr /saat olarak) ve L semboHi ise rafinat fazm debisini (kgr/saat olarak) gOsterirler.
Sekil 7-27'deki diyagram tizerine, aktmlara ait bile$imlerinin bilinmesi sebebi ile, x 0 • Yn+l ve x.,. noktalan yerle$tirilir. Bilinen c;Ozi.ici.i-besleme akim1 oranmdan faydalamlarak, x 0 ve y n~t noktalanm birle~tiren dogru tizerinde XM noktas1 bulunur. Bunun diyagramdan okunan deSeri (x s)M = 0,500 dir. x M , M kan$Jmmm bile$imini gOsteren bir noktadtr. (7-9) ve (7-11) numarah e$itliklere benzeyen a$ai1daki e$itliklerle M kan$IOOI belirli kthmr.
0
0,20 0,30 Piridinin ag•rlik fraksiyonu ~kil
1- 27. Omck 7-3'111!. grafik
(7 - 22) (7- 23)
Sistemi terk eden ekstrakf fazm bile$imini gOsteren y1 noktast, x-n. ve x M noktalanndan gedo8runun, ~Ozi.iniirltik e8risinin ekstrakt kolonu kesinceye kadar uzattlmast ile bulunur. $ekil 7-27'den (yA)1 = 0,1924, (y s ) 1 = 0,796 ve farktan (y 8 )1 = 0,0116 de!!erleri okunur.
A'nm aitrhk frabiyonu olarak ifadc olunan ~daki gibidir.
0,40
~u.
biletinil, ¢z!lcii g07ilnUti.- almmad•A•
takdirde
~en
Endi.istriyel ~ah$ma1arda bu sistem daha az pridin ihtiva eder. Metodun prensiplerini belirli bir ~ekilde a~1klayabilmek ve dli$Uk pridin konsantrasyonu bOigesinde diyagramm okunamayacak kadar kan~masm1 Onlemek gayesi ile, ytiksek bile$im se~ilmi$tir. 1
Seklin kan~1k bir hal almamast ic;in, $Ckil 7-27'de ii~gcn diyagr1\.nun yatay ekseni ile hipotentisi.i ~izilmemi~tir. GOz Online altnan konsantrasyonlarda, ~Oziini.irli.ik egrisinin rafinat kolu yatay eksene ve ekstrakt kolu ise hipotentise ~ok yakmdtr. 2
Birim. bealeme akumna tcbb&l eden V 1 a~10imm miktan, y1 , x M vc r.,. noktalarmm billnon yerlcrindcn taydalamlaralt bulilllur. · CllzUme ~ ve temel olarak 1 kgr besleme akmu aldliumz takdirde M'~ deieri 2 qr · otur, .lluml s
Vt _ (.Ys>..-~s).
·M-Iush -!oo_s.}.
415
414 V1
(O,SOU) =(2) -u.?% = 1,256
kgrfkgr besleme
Ekstraksiyon sisteminin tiimiinii kapsayan A komponenti dengesi a§ag.daki §e~ kilde y!IZlhr (§ekil 7-2!Yye balomz).
ak1m1
(b) 2. (7 ··19) ve (7 ~ 20) numarah e!;it1iklerle belirli kthnan R ak1mJOm bil~imi rR noktasl, .r.,.. ve Yn+t noktalanndan ge!fen dojrunun x 0 ve y 1* noktalanndan ge!;en do#ru ile kesi~me noktast olarak bulunur. $ekil 7 7 27'de kullamlan eksen Ol~rlileri sebebi ile kes~me. ti~rgenin tepe noktasmm ~rok iistiinde meydana gelmektedir. Kesi~en bu iki doArunun ~itli Aini birlikte ~iSzerek kesi~me noktaSmt bulmttk da mlimkilndiir. R noktasmtn bulunart koordinatlan ~oyledir: (xA) R = - 0,0285, (xs)R = 3,85.
Denge kademeleri say1smm grafik metodla bulunmasma, sisteme besleme akJmtnm girdi8i u!rtan ba~lamr. y 1 dejeri bilindiAi i~rin, bununla dengede bulunan rafinat fazm bil~i mi (rA)1 .,ekil 7-2S'ten okunur ve sonra denge e~risinin rafinat kolu iizerine x 1 deAeri yer~ Ie,tirilir. X 1 ve r R noktalanndan .g~n dolru s;izilir. Bu, doiru ile s;OzUnUrlilk eArlsi ekstra.k.t kolunun kesi~me noktalan. bize y 2 deAerini verir. Bu i!;>leme, r'in dderi, (aAtrhk fraksiyonu olarak pridin konsantrasyonu) 0,01 veya daha az (Omejimizde r 3 ) oluncaya kadar devam olunur. Sekil 7w27'de gOrUldUiii gibi, ii'r denge kademesinden biraz az (2,9) kademeye ihtiw yasr vard1r.
7-30. 1Jirbirlerinde tam olarak ~tiziinmeyen sistemler. <;iiziiciiniin ve B komponentinin birbirlerinde c;iiziinmemesi halinde, di~er bir grafik c;iiziim metodunun uygulanmas1 miimkiindiir. Bu hususta iirnek 7-3'te incelenen pridin-suklorobenden sistemini giiz iiniine alahm. Klorobenzenin su ic;erisindeki ve suyun klorobenzen ic;erisindeki c;iiziiniirliikleri son derece azd1r. Ornek 7-3'te verilen ~artlar altmda bunlarm birbirlerinde hie; c;iiziinmedikleri kabul olunabilir. <;iiziiciiniin ve B komponentinin birbirlerinde hie; c;oziinmemesi halinde, yeni bir seri bile§im de~i§kenlerinin tesbit edilmesi uygun olur. Ekstrakt fii.Zl (V) ic;erisinde mevcut S c;iiziiciisii, V' kgrjsaat ve Rafinat faz• (L) ic;erisinde mevcut B komponent~ L' kgr/saat olsun. S ve B komponentlerinin birbirlerinde c;iiziinmesi sebebi ile, ekstrakt faZI ic;erisindc B komponenti ve rafinat faz• ic;erisinde S komponenti yoktur.
{7-26) Bir· X, Y diyagral111 iizerinde' bu e§itlik (Xo, Y,) ve (X., Y. 41) noktalarmdan ge• c;en dojp'uyu giisterir. 1 numarah kademeden J+ 1 numarah kademeye kadar alan A komponenti dengesi ise §oyledir.
L' Xo+ V' Y1+t- L' X1 + V' Yi yukandaki e§itlikte j
= 1, $, ..., n gibi bir. say•
(1-'1:1) nunmrah e§itli~i a§!l~tdaki §ekilde tertipleyebiliriz.
(7-28) (1-28) numarah e§ltlik liir .doiru denklemidir. Bu d~\111 e#imi, U fV' ve Y eksenini kes~i nokta ise, kijgeli parantez ic;erisindeki-ciejterdir. Bu dojtru fraksinasyon kolonlar•mn operasyoo dolt\'usun.a iizde§tir [(6-59) numarah e§itli~e bakmtz]. Bu sebeple )(, Y diyagranu mevcut oldu~u t'akdirde Me Cabe - Thiele metodu uygulanabilil:. Sistemiu denge el!risi X ve Y terimleri He belirli ktlml111§ olmahdtr. Bu de~erler §ekil 7-24 ve 7:25'te verilen bilgilerden hesaplanabilir. Omegln, x.- 0,050 ve y;. -o,HO olan ve dag.hm egrisi (§ekil 7-25) iize~inde bulunan bir nokta icin, §ekil 7-24, x,. - 0,950 ve !f s""' 0,881 (aym zamanda lastm 7-l!6'ya balamz) de~ederini verir. Buna gore X ve Y degerleri a§al!•daki §ekilde hesaplaritr.
0,110
_DA.
Y
V',.+t
=
V',.
= ••·
=- V't = V'
(7·24)
L'0
=
L't
= ••·
= L',.
(7-25)
X-
L'
= ekstrakt fazda, A komponenti (kgr)/S komponenti ·(kgr)
X = rafinat fazda, A komponenti (kgr)JB komponenti (kgr)
Y = YAIY s , Y•
=
X = xA!xu , Xs -
*
0125 - oast""' • Ds •
Y ---.
==-:.
K1s1m 6-21'e bak1mz.
(7-27)
Ornelt 7-4.
XA -
x8
0•050 = 0,0526 01 950 .
· Omck 7-3'n su ve klorobenzOnin birbirlorindc hip 9(izllnmediklcrini g
ilnline allll'llk .yeni """"" 9(izUDUz.
0 oldu~u ic;in
~ ,Ddtlge elrisi llzerindeki dijcr noklaiar yul:anda "911'landlll• ~ besapla!iJr. f4tcnllon bUduttin bpsayan dense elrisi $0kll 7-28'dc gllsterilmektedir. BHincn so-
0 oldu~u ic;in
nu9 bll"fiml•ri qal!daki (IOkild~ hesaplantt.
Xo -
~:~~ ~ 0,533
416
417
x. = ~:~! =
ihtiva etmekte ise, r;oziiniirliik egrisinin her iki kolu da iir;gen diyagramm kenarlarmdan uzakla§acag,. ir;jn, sonur; yakla~1k degerleri ihtiva eder. Bu durumda (7-24) den (7-28)'e kadar verilen kiitle dengesi e~itlikleri art1k ger;erli degildir. L' ve V' sabit degillerdir, bile~imler B ve S'nin degi~en miktarlan ile beJirtilirler.
0,0101
y•+l = 0,00 COziime ba~langt!; ve temel: 1 kgr besleme aktmt
L'
=
Besleme .aklmmda suyun klitlesi = 0,75 kgr
V' = Giren «;Oziiciide klorobenzenin ktitlesi
= 1,00
7-31. Ekstrakt fa:u rlflaks olarak lrnllanan, ~ok kademeU ve m alwnh ekstrakslyon. Baz1 hallerde, ~ekil 7-29'da §ematik olarak gosterilen ekstraksiyon operasyonunun kullamhnasmda fayda vard1r. A ve B komponentlerinin bir kan§ni:nndan ibar.et olan besleme alom1 (L F ), sistemin iki ucu arasmda bulunan herhangi bir kademeye gonderilir. Goziicii alrum (V•+•> ise sistemin bir ucundan
kgr
-v'L' = o,75 Operasyon do8rusundan [ (7-28) numaral.1 e~itlik], Y1 hesaplanabilir.
Y1 = (0,75) (0,333)- (0,75) (0,0101)
+ 0,00
Y1 = 0,242 Koordinatlan (0,333 ;,0,242) ve (0,0101 ; 0,00) olan noktalardan
ge~en
operasyon dol£usu ,
gizilir. Ktstm 6-37'de a~Iklamas1 yaptlan adtm adtm grafik gOziim metodu uygulanarak, ti~
denge kademesinden daha az saytda kademeye ihtiyag
oldu~u
bulunur.
Lo Riflaks
Cr; komponentli sistemin iki komponenti arasmda, kar~1hkh r;oziinilrlii~n hi<; bulunmadigi kabul olunarak bulunan bu metodun, di)
Besleme LF
.. D Urrjn $ekil 7 ~ 29. Ekstrakt fazt riflaks olarak kullanan, ~ok kademeli ve z1t abmh ekstrak,siyonun ·
girer. Sistemin r;oziicii giri~ine gore z1t ucunu terk eden ekstrakt faz (V1) ise. bir veya birkar; fraksinasyon kolonundan ibaret olan, <;oziiciiyii geri kazanma iinitesine gor.derilir. Burada ~oziicii k1smen veya tamamen geri kazamhr. <;oziiciiniin uzakla§tmlmasmdan sonra ele ger;en alom iki kiSma ayr1hr; bunlardan biri iiriin (D) olarak di§an ahmr, di~er k!Slm ise ilk kademPye riflaks (Lo) olarak gonderilir. Bu durumun fraksinasyon kolonu i~ benzerligi ortadadir. Ekstrakt fazm riflaks olarak kullamlmaSI ile, normal ekstraksiyon operasyonuna nazaran daha yiiksek bile~ime sahip bir iiriin elde olunur.
II >-
•),10
0,20
0,30
0,40
Kgr. pridin X= _ _,.=.._,_ __ Kgr. su ~kil
aktm ~emas1.
7 - 28. Bir gifti kaf$•hkh ~OzfintirliiAe ·sahip oJmayan sistemin grafik ~zUmU.
Sekil 7-24'te gosterilen sisteme benzer sistemlerde ekstrak~ fazm riflaks olarak kullamlmaSI genellikle uygun dej!ildir. Ornegin, ekstrakt fazda pridin konsantrasyonunun artmlmas1 daha iyi bir avirma meydana· getirmez. Giinkii ekstrakt· fazda pridin konsantrasyonunun artmlmaSI, pridin/(pridin+su) orarum azaltir. Bundan ba~ka F noktas1 civarmda, ~oziiuen maddenin yiiksek konsantrasyonu ile c;ah~mak, bir r;ok giir;liiklerin dogmasma sebep olur. Giinkii bu nokta civarmda, fazlarm yogunluklan arasmdaki fark kii~iiliir. I. Catalta1 -
Kimya
MUhendisli~ine
Giri!;
F.27
418
419
c
20
0
~
0..
1--
(!)
.c + c
cu 10
Ill
-"' QJ
.<:::
c
0
-"'
c- ~
en
-
:::;;:
~
- - - ---< Ekst rakt faz1
r- r---
f1Rafinat faz1
0
...: en
~
10 ~ 0 ,1
'
,2
,3
,4
,5
,6
,7
,8
,9
1,0
Kgr, Metilsikloheksan
X~ 1 y~ _kg,-:-:r2 (:.::M_:e_:ti:=.ls:: _i=kl:.::o:.::h::_e_:ks=-ca:=nc::+-,h-e-p""to-n-;-) Sekil 7 ~ 30. tki
~ifti
k1smi
110zUniirlti~e
sahip bir sistemin (c;OzUcii baric;) faz diyagram1.
Ek;trakt fazm riflaks olarak kullamlmasma en uygun sistem, ti~ adet ikili kar1~1mdan ikisi smuh ~oztiniirliige sahip sistemlerdir. Boyle bir sistem ~ekil 7-26'da· gosterilmektedir. Grafik ~oziim metodunda iiQgen diyagramm kullaniimasi uygunsa da, tiQgenin tepesine yakm Qok sayida c;izgilerin bir araya gelmesi sebebi ile, durum oldukQa kan~1k bir hal ahr. Bu kan~1khk, iic; komponentli faz bile~imlerinde c;oziictiyti dahil etmeden yapdan hesaplamalarla onlenebilir. Bu §ekildeki bir diyagramda (distilasyonda kullamlan eutalpi-konsantrasyon diyagramma ~ok benzeyen) ordinat ekseni, fazm QDziicti miktarmi [kgr Sjkgr (A+B)]; apsis ekseni ise, fazm A komponenti miktunm [kgr A/kgr (A+ B)] gosterir. $ekil 7-30, ~ekil 7-27'de gosterilen sistemin yeni ba§tan dtizenlenmesinden ba~ka bir ~ey degildir. Dst egri ekstrakt faz1 (Y's; Y'A) ve alt egri ise rafinat faz1 (X' s; X' A)* gostermektedir. Bu tip grafik Qoziimiin orne!derini Perry'nin Chemical Engineers' Handbook adh kitabmm 736 DC! sahifesinde bulmak miimkiindiir.
7-32. Ekstraksiyon randUDam. Kati-Sivi ekstraksiyonunda Qok c;e~itli cihazlar kullamhr. Katidan bir komponentin ekstraksiyonu hnsmunda kompleks faktorler rol oynar ve bu sebeple, kademelerin tiim rand1manlanmn hesaplanmaSI iQin herhangi bir tahminde bulunulamaz. Yagh tohumlardan yag ekstraksiyonu ile, zit alam prensibine gore y1kama sistemi arasmdaki farlan belirtihnesi gereklidir. Zit alom prensibine gore yikama sisteminde, c;oziinen komponentin adsorpsiyonu meydana gelmez ve bu durumda, tiim kademe rand1mam yiizde yiize yalcn olabilir. 1ki alomm birbirleri ile temas miiddetine tesir eden diger faktorler de (c;iikehne h121 gibi) vard1r. $ekil 7-13'te gosterilen sisteme benzer sistemlerde (siizgec; kullanan), kek iQerisindeki c;ozelti ile yikama suyunun timi bir kan§mnsi meydana gelmediginden, kademe rimd1mam dti~iik olabilir.
Yagh tohumlardan yag ekstraksiyonu orneginde (daha evvel a!.!Iklandigi gibi)' difiizyon, diyaliz ve c;oziinebilen maddenin l.'iiztinme luZI birle~erek ekstraksiyon mekanizmasm1 meydana getirir, Ekstraksiyon iincesi yaprakCiklarm baZirlanmaSI, ekstraksiyon randrmanma btiyiik derecede tesir eder. Aynca ekstrakte.olunan yag kompleks yapd1 ve c;ok komponentli bir kari§Imdir. Bu sebeple de kendisini karakterize etmek oldukc;a giic;tiir. SIVI-SIVI ekstraksiyonuna ait bilgiler daha fazla olmakla beraber, yine de tiim raf randJmani, bir c;ok tip cihaz ic;in iinceden kesinlikle tahmin olunamaz. Kari~tirma- durultrna tipi ekstraktiirler genellikle % 70- % 100 ttim kademe rand1ma~a ·sahiptirler. t t Fazlann birbirleri ile temasm1 tern in eden diger tip ekstraktorlerde tiim kademe rand1mam dti§tik olup, %5 illi %20 arasmda de~i~ir.
Piiskiirtrneli ve dolgulu kuleler gibi, devamh ekstraksiyon yapan cihazlara ait bilgiler, ayirmanm tesirliligi haklonda biiytik farklar gi;istermektedir. Yiikseklikleri oldukc;a az alan kolonlara ait bilgilerin dikkatle kullamlmalan gereklidir. Giinkii bu gibi kolonlarda kolonun alt ve iist losimlarmda, ekstraksiyonun onemli bir kism1 meydana gelir. Podbielniak ekstraktorlerinde cihazdan tek bir gec;i~, dort illi on iki teorik kademeye e§degerdir. • SIVl SIVI ekstraksiyonu yapdan cihazlarm kademe rand1manlari (kan~hr ma- durultma tipleri hari<;), distil<~syon cihazlarmdaki raf rand1mamndan oldukc;a dii§iiktiir. Herhangi bir sec;im yapmak gerekirse, distilasyon daba iyi bir nyirma metodudur. 1
*
~kil
7-30'da rafinat faz elrisi apsis eksenine ~ok yakm oldu~undan bunlan ayn, ayn gBstermek mtimklin olamamt~ttr. Hakikat\C rafinat faz e8risi sag kenarda hafif bir ~ekilde yukanya doAru yUkselir.
!
G. Kamofsky, J. Am. Oil Chemists Soc., 26 : 564- 569 (1949). t R.B. Trcybal, «Liquid Extraction,, Me Graw-Hill Book Company, Inc., New York (1951), sabife 284-285. V.S. Morello ve N. Poffenberger, lnd Eng. Cllem., 42: 1021 (1950). 2 Barson ve Beyer, Chem. Eng. Progr.. 49:243-250 (1953).
t
,420
421 ADLANDIRMA
.r = rafinat ak1mmda veya alt ak1mda bir kompom:ntin a£,1:-hk frak<>iyonu Y = ekstrakt aktmmda veya list ak1mda bir komponentin a£;1rhk fraksiyonu X = rafinat fazmda. A komponentinin B komponentine ag1rhl; ) B ve S'nin oram. ~ birbirleri ile Y = ekstrakt fazmda. A komPonentinin S komponcntine ai!lrhk Jl hi~ kan5marnaS1 oram bali X'= rafinat f11.zda bir komponentin a8trllk fraksiyonu (~OzUcii hari~) Y' = ekstrakt f:lzmda bir komponentin aStrhk fraksiyonu (~Ozikii baric;) L = alt aktm veya rafinat faz debisi. kgrfsaat ·v =list aktm veya ekstrakt faz debisi. kgr /saar L' = L ak1mmda B komponenti, kgr/saat V' = V aktmmda S komponenti, kgr /saat R (7 - 17} numarah C$it1ikle beJirli kahnan bir ak1m C. D = sabitler
=
Altllklar A = !rOZlinen komponent, veya t;ozucunun sec;imli ~OzdUgU komponent B inert kah komponent veya ~Ozlictintin sec;imli c;Ozlinlir!Uk gOstermedigi komponent S t;OziicU 1. 2..... f. i, j . .... n kademe numaralan
=
=
PROBLEMLER
7-1. Belirli bir ekstraksiyon sistcminde, katt inert komponentin (~Oztinen komponent hari!;) her kilogramt tarafmdan tutulan c;Oziictintin (c;Ozlinen komponent hari!,':) kiltlesi sa· bit olup, bir r de~erine e~ittir. BOyle bir hal ic;in alt akim bile$imler do8rusunu !,':iziniz. r = 1 oldu&unu kabul ederek ilc;gen diyagramda alt aktm bile!iim doArusunu c;iziniz.
L Kan~tmctdaki reaksiyon hemen hcmcn tamamlanmt5 durumdadtr. Bu c;ebcplc reaksiyona girmemi~ madde miktan ihmal olunabilir. 2. Koyul~ttnct Vi! siizgcc; ilsttindeki kahnttyt tekrar nakledilebilir bir akt~kan haline getiren kan:'$hnctyl terk eden alt aktmlar. CaC03 'Un her kilogramma kaf$thk 2 kgr H:P ihtiva etmektedirler. 3. Silzge!Jierden ahnan kekler her kilogram CaC03'e kar$thk 1 kgr H 20 ihtiva etmektedir.
7-7. Aj'itrhk fraksiyonu olarak 0,250 pridin ihtiva eden sulu bir pridin l%0zeltisi, 25°C derecede klorobenzen ile ekstrakte olunmaktadtr. Devarnstz bir operasyonun uygulanmast, sulu pridin !;Ozeltisinin Once klorobenzenle kan~tlfllmast, sonra iki fazm aynlmasma imk8.n verilmesi ve en sonra da ekstrakt fazm sistcmden almmast uygun g0rillmli$tiir.- Elde olunan rafinat faz tazc klorobenzen ile kan~tmlmakta. fazlann birbirlerinden ayrtlmast saglanmakta ve ele gel%en ekstrakt faz sistcmden ahnmaktadtr (Bu tip bir operasyona basit ve c;ok kademeli ekstraksiyon adt verilir1). Sulu pridin c;Ozeltisinin her- kilogramt i!Jin toplam olarak 1 kgr klorobenzen kulhimlmakta ve bu. U!; e~it ktsma aynlmaktad1r. Elde olunan her bir ekstrakt fazm ve tic;: ekstrakt fazm kan~ttnlmast halinde meydana gelecek ~Ozel tinin bilesimlcrini hesaplaymtz. Elde olunan bu bile$im deE;erini Ornek 7-3 (b)'de bulunanla kar~ila'itlrlmz. 7-8. (a) Sisteini terk eden mfinat fazm, agtrhk fraksiyonu olarak 0,001 pridin ibtiva ettigini kabul ederek, Ornek 7-3 (a)'yt yeniden c;Ozilnliz. {b) (a) ktsmmda hesaplanan minimum klorobcnzen miktannm 1,5 mislinin kuJiamlmast balinde, llizumlu kademe saytsmt hesaplaytmz. Bu problem Ornek 7-3 ve Ornek 7-4'te a.gtklanan mctodlann her ikisi kullamlarak c;Ozlilmelidir.
1·9. Ztt aktm ve !;ok kademeli bir ekstraksiyon sistemi, dOrt denge kademesine esdeger olup 25°C derecede '!(ah:'$maktadtr. Maksat a8trhk fraksiyonu olarak 0,300 pridin ihtiva eden sulu bir pridin cOzeltisinden, klorobenzen kullanarak ekstraksiyonla pridin elde etmekdir. Sulu pridin ~Ozeltisinin her kilogramma kar~nhk 1 kgr klorobenzen kullamlmaktadtr. Buna gOre ekstrakt fazm bilesimini hesaptaymtz.
7-2. Ornek 7-2'deki aym besleme aktmt debisi ve bile~imi, aym c;Ozlicli debisi ve bile$imi i~tin, ekstraksiyon sistemini list aktm olarak terk eden aktmm sabip olabilecegi maksimum c;Ozlinen komponent bile$imini hesaplaymtz. 7·3. Ornek 7-2 de verilen de~erler aym kalmak ~artt ile, yalmz ya8stz tohum parc;alannm birim kiitlesi tarafmdan tututan c;Ozetti ktitlesi sabit ve 0,560 olmak lizere, problemi yeniden c;OziinUz. 7-4. Ost aktmm her 9 kilogrammm I kgr yaSstz tohum ihtiva etti8ini, di8er bir deyimle list aktmm katt parc;actklar ta~tmast durumunu, gOz Online alarak 7-2 numarah Ornejii yeniden c;Ozliniiz 7..S. Alt aktmlarda mevcut 1%0Zunen komponentin, her kademede % 80'inin dUg:Unil kabul ederek, 7·2 numaralt Ornegi yeniden c;Ozilntiz.
~Oziln"'
7-6. Sodyum bidroksit elde olunmasmda kullamian bir sistem $ekil 7-13'te gOsterilmektedir. Bu sistem % 10 NaOH ihtiva eden <;Ozeltiden saatte 30 ton elde etmektedir. Son stizge~ saatte 15.000 kgr su kullamlarak ytkanmaktadtr. Buna gOre kan!jtmctya saatte ka<; ton (veya kgr) Ca(OH)2 , N3:!C03 ve su ilft.ve otunmahdar'? Kantiilflctdaki c;Ozeltinin NaOH ~ yiizdesi ne olmahdtr'! Probtemin ~Ozilmilnde a~agadaki hususlar gOz Online almacakttr.
Perry, sahife 716-717.
423 8-2. Gaz fazda kiitle transferi. Kararh bir gaz absorbsiyommu gi;z
Boliim 8
mak miimkiindiir.
GAZ FAZDA KOTLE TRANSFERi
i_tit_·_i gii~ Transfer debisi - - direnc,
(1-9)
Nemlendirme, Nem giderme ve Su sogufma 8-1. Konuya girl~. Kimya miihendisligi operasyonlarmm pek ~ogunda komponLntlerin, faz s1mrlan yolu ile bir fazdan diger faza ge~i~leri biiyiik onem ta§Ir. Ekstraksiyon boliimiinde kat1 fazdan siYI faza veya bir m•1 fazdan diger bir s1v1 faza komponentlerin gec;i~imi; clistilasyon boliimiinde komponentlerin s1v1 ,-e buhar fazlan arasmda kar~1hkh gc~i§imi k1sa bir §~!dlcle agiklanmi§ bu~ lunmaktadir. Fakat fazlar arasmdaki komponent transferinin prensipleri ve bu ge<;i§imin degerine tesir eden faktiirler henii~ ac;Iklanmami§tir. Bu boliimde fazlar arasmda kiitle transferinin prensipleri ve transfer debileri aQiklanacak; su ile havamn birbirleri ile temasa getirilmeleri halinde maydana gelen fazlar aras1 kiitle transferi ve buna benzer basil kiitlc transferi konulan incelenecektir. Kiitle tran~feri operasyonlanmn pek c;ogunda iki faz, bunlan birbirleri ile temasa getirecek bir cihazm i~erisinde,
es
veya Zit yOnlii bir akJmla a}<8.rlar ve
bu esnada, fazlarm aknn yi:iniine dik bir yonde kiitle transferi meydana gelir. Kararh olarak c;ah§an bir absorbsiyon kulesini goz online alahm. Bu operasyonda, c;oziinebilen ve goziiniirliigii oldukQa az olan komponentleri bir arada biinyesinde bulunduran bir gaz kan§Im1, goziinebilen komponentleri c;ozebilecek . bir s1v1 fazla temasa getirilir. Ornegin, karbon dioksid ve azot gazlan krtn§1ill1mn kalevi bir Qi:izelti ile y1kanmas1. Gaz faz ic;erisindeki karbon dioksid kalevi c;ozelti tarafmdan absorblamr. Bu esnada gaz fazdaki karbon dioksicl,, once gaz fazla s1v1 faz arasmdaki s1mr bolgesine gec;er ve sonra s1v1 faz i<;erisinde gi:iziiniir. Goziinmii§ karbon dioksidin s1vmm i9 kmmlarma gegmesi ve kalevi gozelti ile reaksiyona girmesi claim sonra meydana gelir. 1 Tiim kiitle transferi operasyonunun iyi bir §ekilcle anla§Ilabilmesi, 1s1 transferi biiliimiinde aQ1kland1g1 §ekilde, fazlann her birinde meydana gelen olaylarm ayn ayn incelenmesi ile miimkiindiir. Bu sebeple ilk once gaz faz ic;erisinde meydana gelen kiitle transferinin debisini goz i:iniine alahm. Giinkii gaz fazla ilgili teorik prensipler s1v1 faza gore daha basittir. Aym zamanda ~Ozeltiden su buharla$If ve Jgaz faza rl$tmmm ba$1angit;:taki su buhan miktarma baghdir. 1
ge~er.
Bu buharla$ma gaz ka-
Kiitle transferi i9in, kiitle transfer debisini kgr/saat veya mol-kgr/saat olarak ifade etmek miimkiindiir. 1kinci ifade §ekli claim ~ok gaz faz1 i~in kullamhr. Transfer debisi e§itliginde itici giiG veya potensiyel terimi diye adlanchnlan husus pek aQik bir §ekilde belirli kihnmami~tlr. Kiitle transferi iQin pota:1siyel farkmm en genel §ekli, fazm bir k1sm1 ile ·diQ:er k1sm1 arasmda mevcut herhangi bir kornponente ait kimyasal potansiyel farkichr 1• Kimyasal )X>tansiyel husunda az say1da gerQek degerler bulunmas1 sebebi ile, diger itici gii~lerin veya az Gok kimyasal potansi}elle ilgisi olanlann kullamhnas1 gerekmekteclir. Gaz faz1 ideal bir gaz olarak kabul edilecek olursa, ,potansiyel fark1 olaral.o transfer olan komponentin k1sml basm9 farki almabilir. (1-9) numarah qitl:k \"C onun deg;i§ik bir §ckli olan (4-1) numarah e§itlik, ozellikle homojen bir maddcnin IS! transferine uygulamr. Bu durumda diren~ terimi, 1s1 ilctkenliginin tersidir. Bununla beraber bu durum, akljkan kiitlesinden faz smmna 1s1 transferine benzer. Is1 transferi esnasmcla (k1s1m 4-10) iki olay meydana gelir. Bunlardan biri !Slnm konveksiyonla aki§kan kiitlesinden faz SImrma yakm bir noktaya transferi; digeri ise, ISmln tampon bOige \'e laminer film tabakasmdan konveksiyon ve kondiiksiyon kari§Iffii halinde . gec;mesidir. Biitiin bu l':ususlar yiizey veya film katsay!Sl iQerisinde toplamrlar. Potansiyel fark1, ak1~kan kiitlesinin temperatiirii ile faz smmmn temperatiirii (1s1 transferincle metal yiizeyi genellikle aki§kanla temas balindedir) arasmdaki farkl!r. Kiitle transferi takdirinde, bir komponentin aki§kan esas kiitlesinden faz SImrma yakm bir noktaya kadar konveksiyonla iletildigi, bu noktaclan fazlarm temas yiizeyine konveksiyon ve difiizyon kan§IIll1 halinde gc~tigi dii§iiniiliir. Bu takdirde potansiyel farki, 1s1 transferindeki temperatiir farlnna (§ekil 4-3 ve 4-4) ~ok benzer. Bununla heraber, meydana gelen olaym biitiinii bir e~deger iletkenlik veya film katsaylSI iQerisinde toplanabilir.
8-3. Gaz fazda kiitle transferi ~~in dcbi e~itligi. a ve b komponentlerinden meydana gelen bir gaz fazmda a komponenti ic;in kiitle transfer debisi, 1 B.F. Dodge, «Chemical Engineering Thermodynamics», Me Ganv-Hill Book pany, Inc., New York (1944), sahife Ill.
Com~
&
424
425
(1-9) numarah e~itlige benzer bir ~ekilde, a~agtdaki eWlikl9 ifade edilebilir.
(8-1) Burada: uf! = 1 nmnarah noktadan 2 numarah noktaya transfer olan a komponentinin mol saytsi, mol-kgr 0 = zaman, saat g~z
faza a it ki.itle transfer katsaytst, (mol-kgr)/(saat)(m2 )(atm.) ..\ = kiitle transfer yiiniine dikey alan. m'
kc =
Pa.
=
a komponentinin k1sml basmc1, atm.
I ve 2 say!lan gaz fazm iki degi§ik noktasnu giistermektedirler. dn.jdO orapozitif oldugu kabul olundugu kin ktsml basm<; fark1; sonuc pozitif olaca:k ~ckilde yaz•lmahdtr. Kararh <;ah~ma §artlan altmda dn./dO oram zamana bagh olmad1g1 k;in,. bunun yerine a komponentinin transfer debisini gOsteten Na konulur. (8'1) numaral1 bagmtmm kullamh§t esnasmda kar§•la§Jlan esas problcmler §tmlardtr: (1) gaz faza ait ki.itle transfer katsaytsl, kG 'nin hesaplanmast gereklidir. (2) Ki.itle transfer yiini.ine dikey A alamnm degeri her zaman bilinemez. (3) kG sabit olsa dahi, itici gil<; (p. 1 - p,.) cihazm bir ucundan diger ucuna kadar degi~tigi i<;in, kiltle transfer debisi sabit degildir. Bu sebeple (8-1) numarah bagmtmm, cihazm belirli bir yerinde ve belirli bir an idn kiltle transfer debisini \'erJigi kabul olunur. Cihazm ti.imilnil kapsa)·abilmesi i<;in cihazm boyutlan giiz iinilne ahnarak bagmtmm entegre edilmesi gereklidir. (4) Transfer olan komponentin fazlar aras1 yilzeydeki k•sml basmcmm degerini dogrudan dogruya Ol<;mel' miimkiin degildir. Bu sebeple, fazlar arast yilzeyde ki.itle transferine kar§t herhangi bir direncin olmadtgt, gaz fazm stn fazla dengede bulundugu kabul olunur. 1 Kiitle transfer katsaytst kG tst transfer katsaytsma benzer. Gaz fazm fiziksel iizelliklerinin, cihazm karakteristiklerinin ve aktmm durumunun bir fonksiyonudur. Ttpk1 1s1 transfer katsapsmm bunlann kompleks bir fonksiyonu oldugu gibi. Ill
8-4. Islatdmt~ duvarh kolon. Gaz faza ait kiitle transfer katsaymnm belirlenebilmesi i<;in olduk~a fazla deneysel cah§ma yaptlmt§ttr. uzerinde ara~ltr1 Bu kabultin do8;rulugu deneyle henUz ispatlanmami~hr, fakat mi.ihendislik yOniin~ den biiyiik fayda sa&lamakta ve kullamlmaktad1r. Gayet makul sonu(;lann ele ge!;mesine sebep olur. Dengenin baz1 hallerde meydana gelmedi£;ini· gOsteren deliller vardtr. R.E. Em· mert nnd R.L. Pigford, Clzem. Eng. Progr., 50: 87- 93 (1954); R.W. Schrage, «
n1a yaptlan sistcmin, fazlar aras1 yiizeyin hesaplanabilmesiui miimktin kdmak
maksadt ile, basil bir geometrik ~cklc sahip olmast istenilir. UPndan ba~ka sis· temin sadece gaz fazmda kiitle transfcri meydana gclmclidir. Saf bir Sl\'111111 veya bir katmm buharla§mast, kullamlan metodlardan birini te~kil cdcr. Islanlmt§ duvarh kolon ticarl yiinden pck az bir iinem ta§trsa du, iizel ~art Jar altmda fazlann birbirleri ile temasa gclen yilzeyinin bilir.mesi sebebi ile. teorik ~1h§malarda iinemi biiyiiktilr. B·u §ekildeki bir kolon \'C)·l kule (§ekil 8-1), i<; yilzcyinden bir stvmm akttgt (ilst ktstmdan kuleye giren) silindirik dil§ey· bir borudur. Gaz fazt boru i<;erisinde a~ag1dan yukanya \·eya yukanclatl a~ag1ya dogru akar. Metal bir le\'ha iizerine oturtulmu§ B lastik tapast, camdan yaptlmt§ esas test klS!mm A ta§tmal;tadtr. Gaz <;tkt§ borusu C metal levhaya vidalanrnt§ttr. Camdan yaptlmt§ bir silindir D, metal levIta i~erisine yerle§tirilmi§ yumu~ak lastikten contalar ilzerine oturarak stzdtrmaz ha_ le getirilir. Bu suretle meydana· gelen odaClk E yolu ile beslenir. Gaz ~tkt§ borusunun C alt ve A silindirinin ilst ucu 45' derecelik bir egimle kesilmi§lerdir. Bu,nlar arasmdaki a~1khk, ilzerlerine di§ler a<;1lmt§ F cubuklan yard1m1 ile ayadamr: 4 borusunun alt ucu ve gaz giri§ baglant!Sl G, ta· mamen aym yap1h§ta olup, benzer §ekilde ayarhnabilir. <;ah§ma esnasmda giri§ odactgt H tamamen, Qtkr§ odac1g1 ] ise sadece <;lkt§ yartgmm altma kadar suyla dolu bulundurulur. S1v1 K yolu ile cihaz1 terk eder, eihaza giren ve ~tkan suyun temperatiirleri L termometreleri ile iil~i.ililr. Silindirin ic yiizeyinde akan stvmtn debisi, iizerinde dalgalanmalar olmayan ve dilz bir tabaka le§kil eden, bir SIVI aktml temin etmek maksadt ile milmkiln oldugu kadar dil§ilk tutulur. 1 Gaz faz1 genellikle tilrbillllnsh bir aktmla akar, ~ilnkii bu en ~ok ilgilenilen biilgedir.
$ekil 8 - I. Deneme maksadt ile kullamlan tslattlm15 duvarh bir kolon: A, test ktsmt; B. 1astik dayanaklar; C, gaz ~tkt51; D. cam silindirler: E. stvt ,giri5i: F. SIVJ girisini diizenleyiciler; G. gaz girisi: H. SIVI giri~ odacJSt; ], SIVI ~tkt5 odact~t; K, stvt ~tkt$ baglanflst: L. termometreler.
1 S.J. Friedman ve C.O. Miller, Ind. Eng. Chem., 33: 885-891 (1941): S.S. Grimley, Traus. Am. Inst. Chem. Engrs., 23:228-235 (1949); R.E. Emmert ve R.L. Pigford. Chem. Eng. Pl'ogl'., 50: 87-93 (1954).
42(;
427 lslatdm•~
8-5.
dm·arh kolon
sonu~larmdan,
kiitlc transfer katsaydanmn hc-
Boyle bir kolon saf bir Sl\'lmn hava i~erisine buharla~masmr incelemek i~in kullamhr. Saf bir srvr kullamlmasr halinde kiitle transferine kar~r koyan tiim direncin, sadece gaz fazda; diger bir deyimle, fazlar arasr yiizey ile esas gaz kiitlcsi arasmda (fazlar arasr yiizeyin kendisinde herhangi bir direncin bulunmadiguu kabul tderek) mevcut oldugu kabul olunur. SlV! olarak suyun kullamld1gr Ye havamn srvr ak-rrinna zrt yiinde aktrgr bir rslatrlmr§ duvarh kolonu (~ekil 8-2'ye bakrmz) giiz iiniine alahm. Kolon i~erisinde meydana gelen basmQ dii~ii~iiniin miktan mevcut tiim basmca nisbetle az oldugu i~in, kolon i~erisin deki basmcm sabit oldugu kabul olunabilir. Kolonun tabanmdan z yiiksekliginde bir noktayr giiz iiniine alacak olursak, kararlr ~artlar altmda gah~an kolonun bu krsmr i~in kiitle transfer debisi a~agrdaki §ekilde yazrlabilir.
V
=
saplanmas•.
dN.
=
kc (p.; - p.a) dA
(8-2)
gaz fazm tiim debisi (hava ve su buhan), mol-kgr/saat
L = srv1 fazm debisi, mol-kgr/saat y =
havadaki su buhan, mol fraksiycinu
x = sJvi fazda su, mol fraksi) onu x'in degeri 1,0 oldugu iQin
L+dl V+dV +dx y+dy
=
dL(l-g)
~
L X
Vdy
dL
X"
=
kararh ~ak;ma ~artlan altmda dn.jd6 (e§itlik 8-1'e bakm)
dA.
=
11:
(8-2) numarah
D dz , m'
rslatrlmr~
duvarh kolonun
i~
Fazla•m temas yiizeyinde buhar ve srv1 fazlan arasmda denge bulundugu kabul olunursa (krsrm 8-3' e bakmrz), p., fazlann tern as yiizeyinin temperatiiriinde su· vun buLar basmcma e~ittir. Birim zamanda hava ic;erisinde buharla~an suyun
tiim kiitlesi, kolonun biitiiniinde meydana gelen kiitle transferini temsil eder. Deneysel bir 9ah~ma i~in kiitle transfer katsayrsmm ka hesaplanmasr, (8-2) numarah e§itl;gin entegre edilmi§ ~eklinin kullamlmasma ihtiya~ giisterir. Giinkii bu deneyde uQ,' diger bir deyimle giri~ ve ~1kr~ noktalanndaki §artlar bilinmektedir. Bu sebeple dN.'nin yerini gaz fazm debi ve bile~imini ihtiva eden bir ifadenin almasr gerekir. Giiz iiniine alman ve kolon boyunca farklar giisteren kom-' ponent iGin, bir tiim vc bir de komponent dengesi kurulabilir.
dL=dV d(Lx) = d(Vg) = dN. Yukarrdaki e~itliklerde :
e~itlik
v dq -1 -y
Qapr, m
(8-3)
=
=
l!_dg_=dN. 1-g
(8-5)
a§agidaki §ekilde yazilabilir.
kc (p,- pa) dA
v y
dz
l
z
fazlarm temas ytizeyincle su buhannm k1smi basmc1, attn
p aG = gaz faz1 it;erisinde SU buhanmn ktsmi baSillCI, attn
D =
r-t
(8-3) i:Jumaralt qitlige gore dV = dL oldugu
Bu c~itlikte : Pcu
L_+ _l
dL-ydV= Vdy
(8-6)
L1 X1
J v1 y1
$ekil 8 - 2. Islatilrnt~ duvarh bir kolonda ki.itle dengesi.
a althg1 bir kolayhk olmak iizere krsml basmg teriminden grkanlmi§ olup; p, su buhannm krsml basmcmr giistermekteclir. Hava- su buhan kan~rmmm ideal bir gaz gibi hareket ettigi kabul olunabilir. P<- pc = P(y,- y)
(8-6) numarah e§itlikteki degi~kenleri ayl!'ahm Ye entegre edelim.
(Y2 }
91
Vdy kcP(1-g)(g,-g)
JAdA=A } 0
(8-7)
(8-7) numarah e~itligin sol tarafmm entegrasyonu iQin claim birkaQ hususun kabulii gerekmektedir. tlk olarak, ka /V oranmm yakla§Ik olarak sabit oldugunu (k!Slm 8-S'e bakrmz) kabul edelim, Buna gore, y'i ihtiva etmeyen ve degi~ebilen tek terim y/dir. Srvr temperatiirii kolon boyunca biiyiik bir degi§iklik giister-
-128
429
mektc ise, buna bagh olarak fazlann temas yiizeyinin temperati.irii de degi§eCl'k ,._, y, sa bit kalmayacakt~r. (y,, fazlann temas yiizeyi temperatiiriinde ve operasyomm ttim basmct alttnda, doynnt§ ha\'a- su buhan kan§nnmda suyun mol fraksiyonudur). Fazlarm temas yilzeyine ait temperatiir ve bunun kolon boyun~ ca dcgi~imi bilinmedik9e. entegrasyon yaptlamaz. Bununla beraber, s1v1 faz temperatiirii biiyiik degilsc y,'ni\1 yerine, giri§ ve 91k1§lara ail ortalamalara tekabiil eden sabit bir yi degerini koymak akla uygun gelebilir. Bundan ba§ka, mcvcut §Urtlar altm~a SIVI faz kiitlesi i9erisindeki temperatiir ile, temas yiizeyinin tempcratiirii arasmdaki farkm kii9iik oldugu ve bu sebeple, temas yiizeyi ternperatiirii yerine SIVI fazm temperatiiriiniin kullamlabilecegi kabul edilir' . Bunlar yaptldtgt takdirde,
Bunu (8-9) numaralt e§itlige yerle§tirelim.
k
(
v ) [ .y,- y, ]
= PA
G
(8 10)
(y,' - !/)m
tlmek S..l. Suyun hava aktmt i!terisine buharla~tt81 hal ic;in, bir Islatllml~ duvarh kolonun kiitle transfer katsay1stm kG hesaplaym1z1. Gaz ve stv1 fazlar paralel bir ,aktmla akmaktadtrlar.
Ek Bilgiler Kolon boyutlan: uzunluk 117 em, ic; yap 2,67 em Basmc;: 762 mm Hg mutlak Havamn debisi: 88 gram/dakika Hava ak1mmm
te~peratiir
Kolonun iist ktsmt
Yukandaki e§itlikte y,' sabit kabul olunur. Entegrasyon analitik olarnk yap•labilir Ye a§ag•claki sonu9 altmr.
.1-y, .!..--,In l(y_•; -:-_y_t_) (1-=!t.>)] !/i -y,, 1-y..
Havanm temperatiirii, °C .................... .
(8-8)
yi ,.e y c,ok ufak degerler ise. 1 - y degeri yakla§lk olarak l'e qittir ve enteg, ral a§ag•daki §ekilde basitle§ir.
In (Y•:!I•) !/i- y,
Havamn rutubeti, gr. ~0/gr. kuru hava ... Suyun temperatliril, °C ......................... ..
Y,
ka P A= In ('
v
g< -y, - y, )
(8-9)
!/i
'
=
.
l11 1
(!//y;'--
y,) Y• -y, '
0,060/18 0,00333 1/29 0,0378
= 0,060/18 +
y', =
-·--
0,060
0.001 52,3
49,0
= 0•0881
103,6+88,4 _ H - 9600 • rom g 2
;:2 = 0,126
I - y'1
= 0,874
y', niin deieri ihmal olunamayacaAt ic;in, (8-8) numarah C$itlikle verilen entegralin deieri kullandmahdu.
.'II ) = y,- !/I !/2 (g;' -g)m
Kts1m 8·27'de kullamlan metoda ve- Ornek 8-7'ye bakm1z.
49,6
0,001/18 0,0000556 , + - O,Q = 0,00161 H,O'nun mol fraksiyonu. 0 001118 1129 3456
_ (Pi )ort -
(y;' -y,)- (y;' -,,,) In (!/i-,---
hsm1
J.H. Perry'nin b~kanhimda haztrlanmt$ .:Chemical Engineers' Handbook» adh kitabm 764 iincii sahifesinde (1950) bulunan 1 nolu tablodan 52,3 °C da suyun buhar basmc1 103,6 mm Hg ve 49°C da 88,4 mm olarak okunur. Buna g
Potansiyel farkmm logaritmik ortalamas• a§ag1daki §ekilde hesaplamr.
(g; -y)m
51,8
Kolonun alt
~y2 =
Bu durumda
ve bile$imi
1
--·--In 1-y/ 1
E.R. Gilliland ve T.K. Shervood, Ind. Eng. Chem., 26: 516-519 (1934).
431
430 Yukandaki
e~itlikde
dN.
kaPA V
A
= 3,14
X
i~areti kullamlmi~ttr,
-
Dv
!rlinkli paralel aktm takdirinde
=
= - d (V y) = dL'd1r. I [(0,0379) (0,9981 )] ( 1 ) = - 0,871 In 0,1244 0,9119 = 0,874 (l,099)= 1•257 2,67 X 117
= 980,9
P
=
762 760
cm
3 :::::
= 1,002
0,0981
m2
toplu
T
mutlak temperatiir, °K
B
atm.
=
Pom =
0 088 60 • ; 2
= 0,182 mol-kgr/saat
~
atm.
82 (atm)(lt)/(mol-kgr)("K)
difiizyon yolunun uzunlugu, m difiizyon yolu iizerinde, b komponentine ait ktsmi basmcm logaritmik ortalama degeri
(8-11) numarah e§itlik (8-1) numarah
1,257 X 0,182 ka= (oo2xo,o 981 = 2,327 mol-kgr/(saat) (m') (atm)
e~itlikle
kar§tla§tlrtlacak olursa, ka 'nin
DvP/RTBpbm'e e§it oldugu giiriiliir, Bti e 0itlik sadece bir koiT'ponentin difiizlendigi hali kapsar, k\Stm 8-2'de kabul olunan siyonuna az veya <;ok uyar.
8-6. Molekiiler difiizyon. Kimya miihendisligi operasyonlarmm pek ~o gunda gaz fazt genellikle tiirbiilansh aktm halindedir. Gaz fazda meydana gelen komponent transferinde, komponentlerin transferi tiirbiililnsh lastmda kan~ma ile, fazlar aras1 biilge yakmmda ise molekiiler difiizyon ile meydana gelmektedir. Bunun bir sonucu olarak, kiitle transfer katsaytlanm veren bagmttlardaki degi~kenlerin anla 0tlabilmesi i~in, molekiiler difiizyoh ile kiitle transferinin incelenmesi gerekmektedir. Difiizlenmeyen b komponentinin meydana getirdigi durgwt bir tabaka yolu ile bir a komponentinin transfer oldngu hali giiz online alahm ve bu transfer, sadece molekiiler difiizyon ~eklinde meydana gelsin. Bu komponent transferinin kararh hale ait debi e~itligi, kondiiksiyonla 1st transferine ait (ktstm 4-2) e§itligin yazth§ma benzer 0ekilde yaztlabilir. Bnnunla beraber, ikisi at asmda bir fark vardtr. Ist metalin bir noktasmdan diger bir noktasma akl:Igt zaman direncin degi§mesine sebep ohnaz. Fakat gaz bir fazm komponenti faz si'nm yolu ile difiizlenecek olursa, aktm yiinii dogrultusunda difiizlenen komponentin ktsml basmct azahr. Bu azalma difiizlenmeyen komponentin ktsml basmctmn arl:Inasma ve bu 'da, difiizlenen komponenthl hareketini onleyen direncin artmasma sebep olur. Bunun bir sonucu olarak, kiitle transfer debisini veren e§itlige, tst transferi ile benzerlik giistermeyen, bir terimin konulmast gerekli olur. Molekiiler difiizyon e§itligi a0agtdaki gibidir.
DvPA N.= R T Bp
basm~,
P
R = gaz sabiti
Kolonun list ktsmmda V =
a komponentinin b komponenti iQerisine difiizlenmesine ait difiizyon katsaylSI, m'/hr*
(8-11)
(p. 1 -p.,)
6m
Yukandaki e§itlikte :
karbon dioksidin absorp-
Distilasyon operasyonunda kampanalar civarmda degi§ik bir durumla kar§tla§thr Daha u~ucu komponent stvt fazdan buhar fazma difiizlenirken, daha az u~ucu komponent buhar fazmdan stvt faza difiizlenir. Bu durumda hemen hemen e§it mol saylSlnda ve ztt yonde molekiiler difiizyon meydana gelir, (8-11) numara!t e~itlik durumu kapsamak iizere a§agtdaki §ekilde degi0tirilir.
DvA ( ) N.= RTB p.,-p.,
(8-12)
Bu durumda, ka=Dv/RTB'dir. 8-7.
Gazlar
i~in
difiizyon katsa)'Jlan.
(8-11) ve (8-12) numarah e§itlikler
a komponentinin b komponenti i~erisinde (veya b'nin a i~erisinde) difiizlen-
mesine ait difiizyon katsay:tstm ihtiva etmektedirler. Bu· katsaytlarm deneyle bulunmu§ degerleri elde mevcut ise, bunlarm kullamlmalan gerekir. Bununla lleraber pek ~ok durumda, bunlarm hesaplanmalan lilztmdtr. fki komponentli bir sistemin difiizyon katsay!Slmn hesaplanmast i~in Gilliland' a§agtdaki e§itligi teklif etmi~tir. * Difiizyon katsaytst D v , (transfer olan komponentin hacmi) (aiflizyon yolunun uzun.. lu&u)/(birim zaman) (transfer yiizeyinin birim alam), ~eklinde bir boyuta sahiptir ve bu boyut (alan)/(zaman) $eklinde basitl~ir. Aym sonu~ · (8 - 11) numarah e$itli8i D v 'ye gOre ~Ozmek ve ~itlikte yer alan terimler yerine boyutlanm koyup, basitlel,ltirmekle de elde olunabilir. 1
•
~ekilde,
Perry, sahife 538'e balamz.
433
432
Dv
0,0043 Tl• 5
P(
/
I
1
V."' + V•''')' M:+ M.
(8-13) Molektil
=
difiizivite, cm3 fsaniye
T
=
temperatlir, °K
P =
:
Etil asetat (Clf,COO . C2H 5) = 88,1
Yukandaki e~itlikte :
Dv
a~trhklan
Azot
= 28
Mol hacimleri (Perry, sahife 538, tablo IO'dan ahnmt~tlf):
Azot
mutlak basm<;, atm.
= (15,6) (2) = 31,2
cm3 jmol-gr
Etil asetat :
4 karbon = (4) (14,8) = 59,2 8 hidrojen = (8) (3,7) = 29,6 Karbonil oksijeni ... = 7,4
l'vf. , M, = a ve b komponentlerinin molektil aj!~rhklan
V., Y. = normal kaynama temperatiirlerinde a ve b komponentlerinin mol hacimleri cm3 /mol-gr.
Ester oksijeni .........
Komponentlerin normal kaynama temperatiirlerindeki mol hadmlerine ail deneysel .lej!erler mevcut dej!ilse, bunlan atomik hacimler1 tablosundan faydalanarak hesaplamak miimkiindiir. Difiizyon katsayiSlmn ft' /hr olarak dej!erini buhnaJ.. istersek cm3 /saniye dej!erini, 3,875 ile <;arpmamtz gerekir. 1ki J..omponentten meydana gelen bir ka;1~1mm difiizyon katsay1sl, kart~ mm bile§imi ile pek az dej!i~ir ve genellikle bile§ime tllbi olmad1j!t kabul olunur'. Be!;rli bir sistem takdirinde (8-13) numarah e§itlik a§aj!1daki §ekli ahr.
CT 1•5 Dv=-p
20"C (293°K) ve 600/760
= 0,790
atm bastnl' i>in
15 D (0,0043) (293) • ,I I v = (0,790)(107,2113 31,2113)2 88,1
v
+
D
v=
= 11,0
----107,2 cm3/mol-gr.
+
I 28,0
0,0949 cm"/saniye
Gilliland' , 8-8. Gaz faza ait kiitle transfer katsayJlannm korrelasyonu. a§aj!1daki boyutsuz e§itlikle, dokuz farkh s1vmm tslak-duvarh kolon i~erisinde _havaya buharla§mas1m incelemi§ ve iyi sonu<;lar almt~lir.
(8-14)
D B
-=
Yukandaki e§itlikte C, bir sabittir. Bu e§itlij!in ifade ettij!i gibi difiizyon katsaylsl basm<;la ters, mutlak temperatiir ile dogru oranhhdir. Hakikatte diflizyon katsay1smm temperatiirle de~i§imi, geni§ bir temperatiir arahj!mda, kesinlikle hesaplanamaz; <;iinkii dei!i§en bir iisse ihtiya<; gosterir3 Kii<;iik bir temperatiir arahj!t i<;in (8-13) ve (8-14) numarah C§itlikler iyi sonu<; verirler. firnek 8-2. 20°C ve 600 mm Hg (mutlak) bastn~ta bulunan azot gazt igerisinde etil asetatm difiizyon katsaylSim hesaplaymtz. · Cok komponentli kan~tmlar takdirinde, a komponentinin a, b, c ... komponentlerini , , ihtiva eden bir karv;tmdan difiizlenmesine ait difiizyon katsaylSI, bilC$imle Onemli derecede
(Df.'0)
0,023-
08 •' (
- l-'
pDv
)"·"
(81-5)
Yukandaki e§itlikte : D =
tslak duvarh kolonun <;ap1
G
gaz fazm kiitlesel debisi
=
ft, p = gaz fazm viskozite ve yoi!unluj!t.l D v=
buharla§an komponentin hava i<;erisine difiizlenme latsay!Sl
B =
molekiiler difiizyona kat§! koyan (ktitle transferinde olduj!u gibi) film tabakasmm kalmhj!1
1
del!isebilir. C.R. Wilke, Chem. Eng. Progr., 46:95-104 (1950)'ye baktmz. 2 Hirschfelder, Bird ve Spotz, Trans. ASME, 71 : 921 (1949); Sherwood ve Pigford, «Absorption and Extraction,, Me Graw-Hill BOOk Company, Inc., New York (1952),
sabife 12.
Benzer birimlerin kullamlmas1 gerekmektedir. Bu baj!mtlyl a§aj!tdaki §ekilde yazmak miimkiindiir: 1
Dipnota baktmz, Omek
1. l;atalt"'i -
8~ 1.
Kimya Miihendisli~ine Giri!
F .28
• 434
435
RT = Mv Vp ' (8-11) numarah e§itlige gi:ire molekiiler difiizyon iGin,
ka
=
DvP
veya
R T Bp.m
1
Ei
Bu sebeple, kc (mol-kgr)/(hr)(m')(mol-kgr/m')
DG [1)
(8-16) numarah e§itligin her iki taraft ( (8-16) numarah e§itlik a§agtdaki §ekli ahr.
kaR Tpbm
DvP
(8-15) numarah e§itlikte 1/B yerine 'kaRTp~nn/Dv P konulacak olursa,
( ka R T P•m D
DvP
=0,023
t< ·)o'" !:') o.s'( pDv
(D G
(8-16)
Bu konuda yaptlan deneysel ~ah§malar Reynolds saylSJmn 2100 ill\ 27.000 degerine sahip oldugu bOlgeyi kapsamaktadtr. Bundan ba§ka toplu basmcm 110 illl 2330 mm Hg degerine sahip oldugu bi:ilgede, biitiin denemeler iQin (Pam/P) oram hire yakm bir deger almt§tlr. Molekiiler difiizyon e§itligini esas alan (8-16) numarah e§itlik i~erisine bu oranm sokulmast gerekmez. Schmidt sayJSI diye adlandmlan boyutsuz grup (r.t/PDv ), sadece di:irt kat! kadar ilegi§ebildigi i~in 0,44 iistii kesinlikle hesaplanmamt§ttr'. (8-15) numarah e§itlik ile (4-28) numarah Dittus - Boelter e§itligi arasmda yakm bir benzerlik vardu·. Schmidt saylSJmn yerini Prandtl sayJSI, k 0 RTp,mD/Dv P grubunun yerini
Yukandaki e§itlikte :
=
Mv =
iizgiil hacim, m0 /gr-kiitle transfer olan komponentin molekiil aguhgt, kgr-kiitlejmol-kgr
Sherwood ve Pigford, sayfa 77
DvP
mol-kgr
-t (
t<
pDv
)-1 ile ~arptlacak olursa, ·
)(__!:_)(PDv)=O 023 (DG)- '(Y-J' DG t< ' t< pDv 01 •
-o,S6
pRT = MP oldugu iQin, yukandaki e§itligiu sol taraft qagtdc.ki §ekli ahr.
(
k(;RTP•m)(L) p G
=
kaP•mM = kaP•m G GM
Yukandaki e§itlikte M, kgr-kiitlejmol-kgr olarak buhar-gaz kan§tmmm molekiil aguhgt ve GM = GjM ise, mol-kgr/(hr)(m') birimine sahip kiitlesel debidir. Bu sebeple,
(D G)-o,t1 ka P•m ) ( - j.t ). o.s6 = .0,023. ( GM pDv j.L
(8-17)
Chilton ve Colburn', lSI transferi ile alan benzerlikten faydalanarak, a§agtdaki bagmtJyt teklif etmi§lerdir. (8-18)
cp (Re) =
0,023(DG/tt)-'·"
f3 - naftol, sinnamik asid ve benzoik asidden yaptlrnt§ olan kiirelerin, levha!arm, silindir ve borularm tiirbiilllnsh aktmla akan su iQerisinde Qi:iziinme htzlan ile ilgili yeni deneysel Qah§malar, Schmidt say:tst iQin 3000'e kadar alan bi:ilgede, stV3 faza ait kiitle transfer katsaytsmm hesaplanmast iQin, Schmidt saytstmn iissii 2/3 ahnmak §artJ ile, (8-18) numarah e§itligin kullamlmast halinde iyi sonuQ almabilecegini giistermi§tir'. 1
1
kaRT D Pbm
(m 3)(atm)
§eklinde blr birime sahiptir.
(8-18) numarah e§itlik, Schmidt saytsmm iissii hariQ, ile (8-17) numarah e§itlige benzemektedir.
pV=RT Mv
V
(kgr-kiitle) ( m' ) (atm) mol-kgr kgr-kfitle
'
T.H. Chilton ve A.P. Colburn, Ind. Eng. Cltem., 26: 1183- 1187 (1934) W.H. Linton ve T.K. Sherwood, Cltem. Eng. Progr., 46 : 258- 264 (1950)
436
437
Bundan ba§ka di.iz yiizeylerden suyun hava i<;erisine, silindirik yiizeylerden suyun karbon diokcid ve helyum i~erisine, yine silindirik yiiz~ylerden benzen ve karbon tetrakloriiri.in hava i~erisine ve kiiresel yiizeylerden benzenin hava i~erisine buharla§mas1 §eklinde yap1lan deneysel ~ah§malar sonunda ele gegen degerler;n, (8-18) numarah e§itlikten elde olunan degerlere oldukga yakm oldngu gori.ilmii§tiir'. Reynolds sayismm hesaplanmasmda knllamlan lineer boyutlarm tamm1 ve Reynolds saytsmm fonksiyonu, her bir geometrii' §ekil igin farkh olmahd,r. Ornegin, Islattlmt§ yiizey pargasma kom§u kuru bir lnsmm bulunmas1 halinde, 10' < Rex< 3 X 10'
Ynkandaki e§itlikte Re, = xGJJ.t ve x, diiz levhamn ktlavuz kenanndan olan nzakhgtdtr Hava ak1mma gapraz konulmu§ tek tek silindirler iQin, 1.D = 0' 36 Re-'·"
ve tammlan mi.ihendislik Qah§malarma uygun dii§medigi i~in, 1908 y1lmda W. M. Grosvenor tarafmdan yeni terimler ortaya ati!mi§hr. 1 Grosvenor'un bu 9ah§malan hava -.su buhan ile ilgili hesaplamalan oldukga basitle§tirmi§tir. Bu biiliimde Grosvenor tarafmdan yaptlan tammlar kullamlacaktir.
Rutubet, belirli §artlarda 1 kgr kuru hava tarafmdan ta§man su buharmm kiitlesi (kgr), olarak tammlamr. ·2 Bu miktara aym zamanda «rlltubet oram» ad1 da verilir. • Bu §ekilde tammlanan rutubet sadece hava i~erisindeki su buhanmn ktsml basmcma ve toplu basmca (bu boliimde toplu bllSl!lf 760 mm olarak kabul olunmaktad~r) baghdtr. Hava i~erisindeki su buhanmn k1smi basmci p atm ise, su buhan mol say1s1mn kuru hava mol say1sma oram,. p'nin 1 - p'ye oram gihidir.- Su ve· havanm molekiil ag1rhklan sJrasJ ile 18 ve 29 olduguna gore*, su buhan agtrhginm kuru hava agtrhgma oram 18p/29(1- p)'ye e§ittir. Rutubet, kuru havamn 1 ldlogrami tarafmdan ta§man su buharmm kiitlesi olmasi sebebiyle, bunu a§ag1daki e§itlikle gostermek miimkiindiir.
600 < Re .,;; 30.000
w =-
18p 29(1-p)
Bununla beraber bu ara§hrmalarm hi~ biri, p.,.jP oramnm e§itlige sokulmas•nm li.izumlu olup olmadtgl hususunda bir bilgi vermezler'. 8-9 Rutubet ve hava rutubetinin diizeolenmesi. Kimya miihendisligi opetasyonlarmm pek Qogunda, hava ve su buhan kan§tmlannm oze\likleri ile ilgili hesaplamalann yaptlmast zorunludur. Bu hesaplamalar, ge§itli §artlar altmda hava tar1hndan ta§man su buharmm miktan ile ilgili bilgilere ihtiyaQ gosterilebilir. Bunlar, hava ve su buhan kan§tmlarmm termal ozelliklerinde, su veya 1slak kah maddelerle temasa gelen rutubetli havanm, rutubet miktarmda ve entalpisinde meydana gelen degi§melerden ibarettir. Bu gibi problemler, daha on· ceki klSlmlarda agtklamalan yaptlan prensiplerin oldukga basit hallere uygulanmalannJan ibaret oldugu i9in, bu boli.imiin konusli i~erisine almmt§lardtr. Bu uygulama ve aQiklamalar hava-su buhan kan§lmlanmri ozelliklerini, yukanda ad1 ge9en operasyonlarm mekanizmasm1 ve bu operasyonlarm meydana getirildigi cihazlan kapsamaktachr.
Su buhan ile doymU§ havada, verilen temperatiir ve basm~ §artlan altmda su buhan, SIVJ su ile dengeye eri§mi§tir. Bu §ekildeki bir hava-su buhan kart§Immda suyun k1sml basmc1, suyun o temperati.iriindeki buhar basmci kadardir.
Yiizde rutubet, herhangi bir temperatiir ve basm~ta bir kilogram kuru hava tarafmdan ta§man su buhanmn, aym basm9 ve temperati.irde sn buhan ile doymu§ hava i~in, bir kilogram kuru hava tarafmdan ta§man su buhanmn kiitlesine oramndan ibarettir ve sonw~ yiizde ile belirtilir. 1 kilogram kuru hava ve bu hava tarafmdan ta§man su buharmm temperatiiriinii 1 oC derecesi yiikseltmek i9in gerekli kalori miktarma rutubet ISIS• (veya rutubetli JSI) ad1 verilir. Orta derecedeki temperatiirlerde havamn IS! ka1
8-10. Tammlar. Hava-su buhan kan§tmlarmm fiziksel ozelliklerlnin aQik· lanmas1 esnasmda rutubet terimi ge~mi§te birden fazla anlam belirtecek §ekilde kullamlmt§hr. Bu terimin ger~ek tamm1 meteorolojistler tarafmdan yaptlmt§ olup, mi.ihendisler tarafmdan da kullamlmt§hr. a Meteorolojistlerin terminoloji 1
D.S. Maisel ve T.K. Sherwood, Cltem. Eng. Progr., 46: 131 -138 (1950) Sherwood ve Pigford, cAdsorption and Extraction • sahife 68,73 ve 7Tye bak.mtz. 3 Bu sistemde relatif rutubet 100 pfp, ~eklinde a9rklanmt~ olup; burada p, hava~su bu~ han kan~tmmda su buhannm ktsmi basmct ve p,, ayni temperatiirde stVI suyun buhar ba~ smc1 (aym temperaturda su buban ile doymu~ bavada, su bubannm ktsmi basmct) dtr. ' :z
(8-19)
Trans. Am. lnst. Chern. Engrs., I : 184 - 202 (1908). Ktstm 1~5'de, klitle dengesi (kUtle bilan9osu) hesaplamalanmn yaptlmast esnasmda sistem igerisinden de~i~meksizin gegen bir klSlm komponentleriri birim mikdarmm referans olarak kabul edildiii bildirilmi!;tir. Meteorojistler tarafmdan yapllan tammlarda (hava veya su buhan olsun) bOyle bir referans maddesi yoktur. Grosvenor tarafmdan yaptlan tammlar, 1 kgr kuru hava esas ahnafak ifade olunmu~lardtr ve bu miktar, herhangi bir proses ·veya operasyon boyunca de~i.!;imemi~ olarak kaltr. 3 J.A. Goff and S..Gratch, «Thermodynamic Properties of Moist Air at Standard At~ mospheric Pressure»; Perry sahife 760. * Havanm bile~imi ktstm 9-l'in dip notunda verilmi~tir, (l-1) numarah e~itlik kulla~ mlarak havamn ortalama molekill a~trlt&t hesaplanabilir. 1
438
439
pasitesi 0,240 ve su buhanmn 0,45 olarak ahmrsa, rutubet ISIS! hesaplamr..
s Yukaridaki
e~itlikte
a~ag1daki ~ekilde
= 0,240 + 0,45 w
(8-20)
s, rutubet 1sis1 olup birimi kgr.kalj( 0 C)(kgr kuru hava)'d1r.
Hava - su buhar1 kan~Immm entalpisi, bir kilogram kuru hava entalpisi ile bu hava tarafmdan ta~man su buhan ~ntalpisinin toplammdan ibarettir. Bu entalpi kgr.kal/kgr kuru hava olarak birimlendirilir. Kimya ve miihendislik kitaplarmdaki entalpi degerlerini kullamrken, referans haline dikkat edilmesi gereklidir, ~iin\;:ii farkh referans halleri kullamlabilir. Kitabimizda herkes tarafmdan en ~ok kullamlan referans bali kullamlmakta olup, bunun tamm1 a~ag1da yapiimi~br .• Su iQin: o·c derecede ve 1 atm basm~ta SIVI su. Su buhan tablolarl o·c derecede ve doygunluk basmcmda SIVI suyu referans olarak ahr. Bu referans hale gore o·c derece ve 1 atm basm~ta siVI suyun entalpisi 0,0224 kgr.kaljkgr' d1r. Miihendislik ~ah§malannm pek ~ogunda bu iki referans halinin aym oldugu kabul olunur. Hava iQin : -18°C derecede ve 1 atm basm~ta kuru hava.
Bur.a gore, t°C derecede bulunan ve kuru havanm her kilogrammda W kgr su buhan ta~Iyan bir hava - su buhan kan~Immm entalpisi a§aitJdaki ~ekilde . hesaplanabilir '. H
= 0,24(t + 18) + W(597,8 + 0,45t)
597,8 suyun 0°C derecedeki
buharla~ma
gizli ISisidir.
Rutubetli hacim, 1 kgr kuru hava ve bu miktar hava tarafmdan buharimn m• olarak hacmi olup, a~ag1daki e~itlikten hesaplanabilir.
v= v=
(22,41) ( 273+t) + (22,41 29 273 18 (22,41 + 0,082 t)
(8-21)
(2~
t~man
su
w) (273+ t) 273
+fa)
(8-22)
Yukandaki e~itlikte V, 1 kilogram kuru hava ile bu hava tarafmdan ta~man su h•marimn hacimleri toplammdan ibaret olan rutubetli hacimdir. Doym"' hava io;in daha hassas degerler Perry,. sahife 760'da bulunabilir.
Doymu§ hacim, 1 kilogram kuru hava ile bu miktar havay1 doyurabilecek · su buharmm m• olarak hacmidir. Sebnem nokt=, hava - su buhan kan~Imimn doymu§ hale gelebilmesi icin sogutulmas1 (sabit rutubette) gereken temperatiirdiir. Yukandaki tammlar her ne kadar hava-su buhan kan~Imlan icin yapiida, havadan ba§ka bir gazla su buharmdan ba§ka bir buhardan meydana gelen biitiin buhar- gaz kan§Imlarma da uygulanabilir. Bu gibi durumlarda terimlendirme ve hesaplama metodlar1 tamamen pava - su buhan kan§Imlarmda oldugu gibidir, yalmz sa)'lsal. sabitlerin degerle~i degi§ir. Bu sebeple hava - su buhan kaq§Imlan icin verilen e§itliklere uygun olan sabitlerin yerle§tirilmesi ile yeni e§itlikler elde olunabilir. mi~sa
8-11. Rutubet diyagramlan. Miihendislik ~ah§malan icin .Jiizumlu olan hava - su buhan kan§Imlarma ait iizelliklerin pek cogunu kitabm sonuna konulmu§ rutubet diyagrammda {§ekil 8-3) bulmak miimkiindiir. Bu diyagramda 1 atm basmc i~in, rutubet degerleri (kgr. su buhan/kgr. kuru hava olarak) ordinat ekseninde ve temperatiirler ise {"C olarak) absisde yer almi~lardu. Bu diyagram iizerindeki bir nokta, belirli bir temperatiirde bulunan ve .belirli bir rutubete sahip olan hava-su buhan kan§Imim giistermektedir. Dstiine «% 100» yaziimi§ egri ise, ce§itli temperatiirlerde su buhan ile doymu§ havamn rutubetini giiste~ mektedir. Bu egrinin sol iistiinde yer alan noktalara ait hava-su buhan kan§Imlan hakikatte mevcut degildir. Bu egrinin altmda yer alan egriler ise ce~itli yiizde rutubete sahip hava-su buhan kari§Imlanm giistermektedirler. Rutubetli ISI ile rutubet arasmdaki bagmti)'l gosteren dogr11 icin, rutubet degerleri diyagramm sag alt kii§esinden ba§lamak iizere ordinata, rutubetli ISI degerleri (kgr.kal) ise diyagramm iist k1smma absis olarak konulmu§ bulunmaktad1r. Kuru havamn iizgiil hacmini ve do)'ltlU§ hava hacmini giisteren egriler i9in, temperatiir absis eksenine, hacimler ise {m0 jkgr kuru hava olarak) sol ordinat eksenine yerle§tirilmi§lerdir. Belirli bir temperatiir ve belirli bir rutubette bulunan bavanm rutubetli hacmi, do)'ltlU§ hacim egrisi ile iizgiil hacim (kuru havamn) egrisi arasmda lineer interpolasyon ile bulunur. 8-12. Ya~ tennometre temperatiirii. Adyabatik §artlar altmda (operasyon esnasmda sistemle Qevresi arasmda herhangi bir §ekilde IS! ah§ veri§i olmayan) doymami§ havamn, SIVI su ile temasa getirildigi hali giiz oniine alahm. Hava su buhar1 ile doymami§ oldugu icin hava ile su arasmda hsml basmc farla (itici giic) vard1r, bu sebeple su buharla§Ir ve hava rutubetinin artmasma sebep olur. Buharla§an su icin gerekli buharla§ma gizli ISIS!, ~evreden ISI transferi olmadiitl i~in (buharla§mamn adyabatik §artlarda meydana gelmesi sebebi ile), ya bavamn, ya su:Yun veya her ikisinin sogumas1 ile saglamr.
440
441
lik alarak §U durumu goz oniine alahm. Sabit ba§langt~ temperatiir ve rutubetinde alan daymamt§ hava aktmt, tslak bir yiizeyi yalayarak ge~sin. Islak yuzeyin ba§langtg temperaturu, havanm ba§langtgtaki temperaturii ile aym ise, yiizeyden snyun buharla§mast, yiizey temperaturiinun dii§mesine seb.ep alur. Su, havadan dalta du§uk bir temperature soguyunca, havadan suya hissedilir tst transferi ba§lar. Nihayet bir temperaturde denge hali ·meydana gelir, bu durumda sudan buharla§ma sebebi ile kaybolan tstmn degeri, havadan suya hissedilir tst §eklinde transfer alan tsmm degeri ile aym olur. Bn dnrumda snyun temperatiirii sabit kaltr ve bu temperature, Yll§ termometre temperrrtiirii adt verilir. Suynn ba§langtgtaki temperatiirii, ya§ termametre temperatiiriiniin altmda ise, suyun temperatiirii ya§ termometre temperatiiriine yiikselir. Olay adyabatik olmayan §artlarda meydana gelmekte ise, diger bir deyimle tslak yiizey sade_ce havadan tst almakla kalmaytp, gevresinden de (ornegin radyasyanla) tst almakta ise, bu §artlar altmda bile bir denge haline eri§ilir. Yal- · mz bu durumda ya§ termametre temperatiirii" rutubeti gostermez, giinkii ba§ka kaynaklardan da tst transferi almu§tur.
8-13. Ya~ termometre teorisi. Bu olaym daha geni§ bir agtklamasi §U §ekilde yaptlabilir. Ya§ termametre temperatiiriinde bulunan bir damla suyun hava ile temasta bulundugu hali goz oniine alaltm. Su damlasmm gevresi ktstm 8-2'de agtklandtgt §ekilde bir hava tabakast ile gevrilmi§tir. Bu hava tabakast igerisinde sudan havaya almak iizere saatte w kgr su buhart transfer olsun. Suyun ya§ termametre temperatiirundeki buharla§ma gizli tstst Aw kgr.kaljkgr ise, difiizlenen su buharmm ta§tdtgt ISt Aw w kgr.kaljsaat degerindedir. Diger taraftan, ya§ termametre temperatiirii gevredeki hava temperatiiriinden dii§iik oldugu i9in, havadan su damlasma q kgr.kal/saat degerinde hissedilir tsi transfer alur. Ya~ te
(8-23)
q
Hissedilir tst transferi §u iig faktiiriin 9arptmt ile elde alunur; bunlar 1st transfer katsaytsl, 1smm transfer aldugu yiizeyin alam ve temperatiir dii§ii§ii (farkt). Havadan 1slak yiizeye konveksiyonla transfer alan lSlntn, 1s1 transfer katsaytst ha ve 9evreden 1 (hava ile aym temperatiirde aldugu kabul olunuyor) tslak yiizeye radyasyanla transfer olan ISintn, 1s1 transfer katsay!Sl h,, su damlasmm yiizeyi A, havanm temperatiirii ta ve hava - su damlast temas yiizeyinin temperaturii fw olsun. Bu durumda a§agtdaki e§itligi yazabiliriz. 1
Konveksiyonla ISI transferine ait bir kullantlmast, ktstm 4~20'de aa;;tklanmt!lttr.
e~itlikte
radyasyona ait
lSI
transfer katsaytstnm
q
(ha
=
+ h,) (A) Ua- t~)
(8-24)
Fazlar arast yuzeyden gaz kart§tmt igerisine su buhanmn tr'!nsfer debisini a§agtdaki bagmtt ile giisterebiliriz.
N.
=
(8-1)
kaA(pm- pa)
Debi mol-gr/saat olarak degil, kgr/saat alarak istenildigi tQm, yukandaki e§itligin her iki taraftm suyun malekiil agtrhgt ile garpmamtz gerekir.
Kararh l1al igin W
= 18 ka A (pm- pG)
(8-25)
(8-24) numarah e§itlik tst transferi, (8-25) numarah e§itlik ise kiitle transferi i9in kurulmu§tur. (8-23) numarah e§itlikteki q degeri yerine, (8-24) numarah e§itlikteki degeri; tv degeri yerine ise, (8-25) numarah e§itlikteki degeri kayahm.
(ha
+h,) (A) (Ia- I=)
=
18 A.= ka A (p~- pa)
ha+h, (
p.-pa=WA.~ka ta-iw
)
(8·26)
Her bir h, degeri igin farkh bir tw degeri elde olundugu igin, (8-26) numa" ralt e§itlik i9erisindeki h,. degeri hig bir §eye tilbi almayan bir degi§ken alarak kaldtkga, gaz kart§tmmm bir gift belirli ta ve Pa de!,terlerine kar§thk tek bir tw degeri mevcut degildir. Pw ve Aw degerleri tw'ya tilbi altnayan degerler degildir, fakat :tw'nun belirli bir degeri igin tesbit olunmu§ degerlerdir. h,'nin degeri ha ye nisbetle ufak ise, ihmal alunabilir ve (8-26) numarah e§itlik a§agtdaki §ekli ahr. · Pm- PG
h~
= 18 A.. ka (ta-l=)
(8-27)
8·14. Y~ termometre temperatiiriine tesir eden faktiirler. ha ve ka havadan tslak yiizeye dagru meydana gelen tst ve kiitle transferletine ait katsaytlar alduklart igin aym faktorlerden, aym §ekilde etkilenirler. Bu sebeple ha/ka aram sabit bir deger alarak kabul alunabilir1. Oran sabit oldugu takdirde (8-27) 1 Hakikatte bu husus sadece klitle transfer debisi ufak oldu~u takdirde do!rudur. Bu debinin yUksek olmast halindc hafka oram sabit kalmayabilir. Ya$ termometre temperatiirilnlin kullamldt~l pek !;Qk durutnlarda bu, Onem ta~tyan bir konu de~ildir.
442
443
numarah e~itlik, iilgiilen t G (kuru termometre temperatiirii) ve tw (ya~ term ametre temperatiirii) degerleri yard1m1 ile, hava - su buhan kan~1mlarmm bile~imlerini bulmak igin kullamlabilir. Hava - su buhar1 kan~1mmda su buhanmn k1smi basmCl, genellikle oldugu gibi ufak ise, (8-19) numarah e~it)ikte paydadaki p terimi ihmal olunabilir ve (8-19) numarah e§itlik a~ag1daki §eklr ahr.
(8-30)
(ho/ko MoP) teriminin degerleri a§ag1daki tablodan ahnabilir: Tablo 8 ~ 1.
(8-28)
hafko MaP de8;erleri, hava i!;in yapilan y~ termometre Ol~melerinden hesaplanmt.,ttr*.
Bubar Ol!(iilen deJterler
Buna giire
ve
po
=
29
Benzen ............................ . Karbon tetrakloriir .............. . Klorobenzen .................... . Etil asetat .......................... . ........................ ,. .... foluen
lB Wa
Bu degerleri (8-27) numarah e~itlikte yerlerine koyahm.
Su
(8-29)
* \I(w ve tw degerleri, rutubet diyagrammm (§ekil 8-3) %100 rutubet egrisi iizerindeki koordinatlar oldugu i<;in, t G ve W G 'nin herhangi bir degeri igin (8-29) numarah e§itlige uyabilecek tw ve W w'nun belirli degerleri vard1r. Bu sebeple ya§ te.rmometre temperatiirii sadece havanm temperatiir ve rutubetine baghd1r. Bu husus h;nin ihmal olunabilecek kadar ufak ve hafk 0 'nin sabit olmas1 halinde dogrudur. Havamn ya§ ve kuru termometre temperatiirleri bilinmekte ise, W w, t G, tw ve Aw degerlerinin bilinmesi sebebi ile, hava rutubetinin hesaplanabilmesi i<;in (8-29) numarah e~itligin <;iiziilmesi yeterlidir. Bununla beraber tw degerini tesbit etmek ve bu ya§ termometre temperatiiriinii verecek hayamn ba§langi<;taki temperatiir ve rutubetini bulmak istenilmekte ise; sadece W w , tw ve Aw degerleri bilinmekte, W G ve t 0 'nin her ikisi de bilinmemektedir. Bunun bir sonucu olarak, hava (temperatiir ve rutubeti bilinen) belirli bir ya~ termometre temperatiirii giisterse bile, aym ya§ termometre temperatiiriiuii veren sonsuz sayida temperatiir ve rutubet degerleri vard1r. Biitiin bu temperatiir- rutubet deger giftlerinin (8-29) numarah e§itlige uygun olmas1 gerekliligi sebebi ile, degarler rutubet diyagrammdaki egriler iizerinde yer almahd1r. (8-29) numarah e§itligi gen0l bir e§itlik haline sokabilmek igin, 29 saylSl yerine buhan ta§Iyan gazm molekiil agn'hgmm konnlmasi ger•ekmektedir. Aym zamanda (8-29) numarah e§itlik toplu basmcm 1 atm oldugu giiz iiniine ahnarak kuruldugu icin, e§itlige P degerinin de konulmasi gerekir. Bu durumda (8-29) m1marah e§itlik a§agidaki §ekli ahr.
+
Hesaplanan
0,41 •
0,44
0,44 0,44 0,42 0,44
0,49 (),48 (),46 0,47 0,21
...:_0,26
de~erler
+
Sherwood ve Pigford, sahife 100 hesaplanan
~~tdaki ba~mlldan
Ornek 8-3. 38°C derecede bulunan havamn ya$ termometre temperatlirU 21 °C derece olarak Ol'liilm~ttir..Havamn rutubetini ve yiizde rutubetini bulunuz. Ci)zUm. Rutubet diyagfammdan. y~ termometre temperatUrii 21 °C derece olan havantn rutubeti 0,016 kgr/kgr kuru bava olarak. bulunur. (8-29) numarab O$itli8e konulacak de8erler ise a~a8tdaki gibidir. doym~
W0
;
0,016
h0 j29ka; (),260
Ao;
ta;38
587
0,016 -II'a;
/ 0 ;21 0,260 (38- 21) 587
W 0 ; (),0086 Rutubet diyagrammdan yiizde rutubet 20 olarak bulunur.
8-15. Adyabatik sogutma dogruian. ' (8-29) numarah e~itlik, biiyiik bir hava kiitlesinin az miktarda su ile temasa geldigi, dolay11n ile hava kiitlesinin temperatiir ve rutubetinin bundan etkilenmedigi husu.su giiz iiniine almarak kurulmu§tur. Bununla beraber bir gok miihendislik gah§malarmda, su ile temasa gelen hava kiitlesinin hem temperatiir ve herh de rutubetinde meydana gelen degi§meler biiyiik iinem ta§Irlar.
444
445
Adyabatik olarak gah§an bir cibaz igerisinden bir hava akimmm gegirildigini ve bu cibaz igerisinde havamn, piiskiirtiilen su ile temasa getirildigini goz oniine alahm. Su, bu operasyonda devrettirilmekte ve bu sebeple temperati.irii aym degeri muhafaza etmektedir. Bununla beraber, hava cihazdan geQerken rutubeti yiikselecek ve soguyacaktir. Hava ile piiskiirtiilen suyun temasr ve cihazm biiyiikliigii yeterli ise hava, devrettirilen suyun temepratiiriinde doymu§ olarak cihazr terk eder. Diger taraftan cihaz kiigiik, hava ile piiskiirtiilen suyun temasr az ve zamam krsa ise, havanm rutubeti doygunluk degerinden azdrr ve tc mperatiirii de devreden suyun temperatiiriinden yiiksektir. Bu §ekildeki bir operasyonda havanm temperatiir- rutubet durumunu, rutubet diyagrammda bir dogru ile gostermek ve bir e§itlik kurmak istenilirse §U §ekilde hareket edilir. Cihaza giren havamn rutubeti W o ve temperatiirii t 0 , suyun temperatiirii t, ve suyun t, temperatiiriindeki buharla§ma gizli ISISI A, olsun. Bu temperature adyabatik doywma temperati.irii olarak bakihr. Aynca t, temperatiiriine tekftbiil eden do;gunluk rutubetinin degeri W, olsun. Hava cihazr W, ve t, degerlerine sahip olarak terk edecek olursa (t,, ba§langiQ temperatiirii olarak yaZ!lmak sureti ile), sistemin lSI dengesi a§ag1daki §ekilde yaz1hr. Giren havanm hissedilir ISIS! + Giren havamn gizli IS>Sl = G1kan havamn gizli ISlSl
0,24 (le-I,)+ 0,45 We (le- 1,) +A., We~ A., W,
. Bu e§itlikten,
Ia
A.,(W,- We) 0,45 We
~ ·0,24
+
+1 '
(8-31)
(!!-32)
t,'m verilen herhangi bir degeri igin, bu e§itlikte degi§ken olarak sadece Wo ve t 0 vard1r. Bu sebeple yukandaki e§itlik, rutubet diyagramr iizerinde bir egrinin denklemidir. t, igin bir deger kabul edilecek (A, ve W, belirli krlmacak) olursa, (8-32) numarah e§itlik rutubet diyagramma konulabihr ve bu §ekilde meydana gelecek egri, %100 cizgisini t., W, noktasmda keser. Temperatiir ve rutubetler dikdortgen bir koordinat iizerine yerle§tirilecek olursa, meydana gelecek Qizgiler diiz bir dogru olmayacagr gibi, Qe§itli adyabatik doygunluk tern· peratiirlerinde son bulan egriler, birbirlerine paralel de olmayacaktlr. Sekil 8-3' deki rutubet koordinatlan, (8-32) numarah e§itlikle ifade olunan adyabatik sogutma gizgileri, diiz ve birbirlerine paralel olacak §ekilde degi§tirilmi§tir. Bu de· gi§iklik interpolasyondan faydalanmak icin yap!lmi§tlr. Adyabatik sogutma giz· gilerinin sol uQlan, kendilerinin adyabatik doygunluk temperatiirleri ile i§aret· lenmi§lerdir Adyabatik sogutma dogrulan aslmda sabit entalpi dogrulandrr.
Fakat operasyon esnasmda meydana gelim az miktardaki su buharla§masr ola-· ymm, tiim entalpiye olan tesirini ibmal ettigi igin sabit entalpi dogrulanndan farkhdrrlar 8·16. Adyabatik doyganluk temperatiirii ile Y"'' · te,rmometre temperatiirii arasmdald baiutti. (8-29) ve (8-32) numarah e§itlikler a§agrdaki §ekilde bir kar§!la§tlrmaya Ulbi tutulacak ve h 0 /29 k 0 degeri, rutubetli lSlya s e§it ahnacak olursa iki e§itlik i.izde§ olurlar'.
he 1 W~ - We ~ 29 ke )..,. (to-t,.)
W,- Wo
~
1
s A., (to-t,)
Bu, hava • su buhan kari§Irulanmn gogunda kar§rla§rlmayan bir durumdur. Ha· va • su buharr kan§rmlarmda he /29 k 0 'nin degeri, bir rastlantr olarak 0,26 (8-1 nolu tabloya bakimz) olup; bu deger, rutubetin 0,047 oldugu noktadaki s'in dege~idir. Bu degerin altrnda ve iistiindeki rutubetlerde, iki temperatiir arasm· . da uzakl~§ma meyuana gelir. Bu fark (hassas gah§malar takdirinde), Ya§ termometre problemleri ve adyabatik sogutma gizgileri iQin, (8-29) numarah e§itligi veya adyabatik doyurma problemleri igin, (8-32) numaralr e§itligi kullanarak goz oniine ahnmahdrr. Orta derecedeki rutubet ve temperatiirlerde, hava • su kan· §Imlan icin adyabatik sogutma gizgileri, ya§ termometre problemlerinin ~i.iziimii maksadr ile kullamlabilirler. Temperatiir ve rutubetin biiyiik degerleri takdirin· de, yukanda agrklandJ.gr §ekilde hareket edilecek olursa, onemli yamlmalar meydana gelir. Sudan ba§ka bir srvr kullamlacak olursa, adyabatik doyurma temperatiirii ile ya§ termometre temperatiirii arasmdaki fark her tiirlii §art igin dnha biiyiik olur 2• 8-17. Rutubet diyagramlarmm kullarulmDSt. 8-4 numarah diyagramr dik· katli bir §ekilde inceledigirniz zaman, yukarrda yaprlmr§ olan bir cok tammlarm daha anla§rhr bir duruma geldigi giiriiliir. Bu §ekil, rutubet diyagrammm bir k1smmr gi.istermektedir. Bile§im ve temperatiirii A noktasr ile gosterilen havasu buhan kan§umm giiz oniine alahm. Bu noktadan absis eksenine bir paralel cizilerek B noktasr bulunur ve bu, kan§rmm rutubetini gi.isterir. Rutubet koor· dinatmr takip ederek A noktasmdan sola dogru gidilecek olursa doygunluk eg· risine ula§Ihr ve C temperatiirii bulunu~. Bu temperatiir, havamn doymu§"hale gelebilmesi icin sogutulmasr gereken temperatiirdiir. Bu temperatiire §ebnem 1
Lewis, Trans, ASMB, 44 : 325 (1922).
'
Perry sahife 812'yc baklmz.
447
446 temperatiirii veya §ebnem noktast adt verilir. Adyabatik Qizgiyi takip ederek doygunluk egrisine kadar gidilecek olursa, D noktast ve buradan da a§agt dogru inildiginde, temperatiir ekseninde E noktasma vanhr. Bu temperatiir, adyabatik doyurma temperatiiriidlir ve ya§ termometre temperatlirline Qok yakmdtr.
H
bu dikmeO:in, Y3.$ termometre temperatiirii 15,6°C olan yatay do~ruyu kesti~i nokta bulunur. Bu kesim noktast havanm ba~langtQ.taki durumunu gOsterir. Bu noktadan sal'a dojiru gidilerek, mutlak rutubet (0,0087 kgr sufkgr kuru hava) okunur. Sabit rutubet dojirusunu takip ederek soJa do~m gidilir. 12,2°C dereceye soSuttu~umuz takdirde, hava-su buhan kart$tmmm doygun hale gelece8i gOriiliir. Bu, $ebnem temperatUriidiir. Havamn ba!$langt~ taki durumunu gOsteren nokta % 50 ve % 60 rutubet gOsteren eSrilerin arasma dii~er. Bu durumda havanm ba$langt9taki rutUbeti yakla$tk · olarak % 55 olarak ahnabilir. 21;1°C da kuru havamn ijzgiil hacini 0,834 m3fkgr ·ve su buhan ile doymu~ havamn ise O,SSS m3fkgr'dtr. % 55 rutubet icrin yapllan interpolasyon sonucunda rutubetli hava hacmi 0,845 m3/kgr olara.k. bulunur. Buna gOre 100 m3 hav~ kiitlesi
100 0,845
C E
t,
Temperatur Sekil . 8 - 4. Rutubet diyagramlannm nastl kullamlacaklanm gOsteren a9tklama.
D noktasmdan temperatiir eksenine Qizdigimiz paralel, rutubet. eksenini F noktasmda keser. Bu," adyabatik doygunluk temperatiiriinde bulunan doymu§ havanm rutubetidir. A noktasmdan temperatiir eksenine bir dik Qizip, bunu doygunluk Egrisini kesinceye kadar uzatmakla G noktastm buluruz. Bu nokta, ba§langtQ temperatiiriinde doymn§ havamn bile§imini gosterir ve bu temperature tekabiil eden rutubet H noktas1 ile giisterilmi§tir. t, temperatiiriine, kuru termometre temperatiirii adt verilir. <;iinkii bu temperatiir ii!Qiimiinde, her zamap kullanmi§ oldugumuz Qtplak ve kuru termometre kullamhr. Omek 84. Bir kurutucuyu besleyeri. havamn kuru termometre temperatiirii 21?1 °C ve y~ termoinetre temperattirU de 15,6°C derece olarak Olgtilmektedir. Bu hava tsttma spiralleri ile 93°C dercceye tsttlldtktan sonra, kurutucu i9erisine tifienmektedir. Kurutucu i!rerisinde hava, bir adyabatik so8;utma dogrusu boyunca soA;umakta ve kurutucuyu tamamen doymu~ bir durumda terk etmektedir. 1. 2.
Havanm Havamn
ba~langt!;taki ~ebnem
ba~langtcrtaki
ba~langt9taki
temperatiirii nedir?, rutubeti nedir?
yiizde rutubeti nedir?
3.
Havamn
4.
Havamn 100 m3'nii 93°C derecey~ kadar tsttolak icrin ne kadar Istya ihtiyas; vardtr?
5. 6.
100 m3 hava kurutucuya girdi8i tak.dirde kacr kilogram su buharl~acaktrr? Hava bangi temperatiirde kurutucuyu terk edecektir?
~ziim.
Havanm b3.$langt!rtaki Ya$ termometre ve adyabatik doygunluk temperatUrlinUn aym oldujiu dii~iiniilebilir. (,;Oziim, (8-3) numarah diyagram kullantlarak yaptlacaktlr. Bu maksatla kuru termometre temperatiirii 21,1 °C olan noktadan bir dikme crtktlrr ve
= 118 .kgr
Balllang~~taki 0,0087 rutubet 0,244 kgr.kal/( 0 C) (kgr.kuru hava) de~erinde rutubetli ISiya tekibfil eder. Bu durumda h_ava temperatliriiniin 21,1 °C'dan 93°C dereceye kadar Jsttd-
mast i9in liizumlu
tsi,
(118)(0,244)(93- 21,1) = 2.052 kgr.ka1 Rutubeti 0,0087 ve temperatUrii 93°C olan noktadan ba,Iaytp, sol yukanya dogru ve adyabatik BOtutma do~rusuna paralel olarak ilerleyecek olursak, doygunluk halinde hava rutubetinin 0,034 ve temperatiiriiniin de buharl3.$811 suyun kUtlesi,
(118)(0,034-0,0087)
= 2,96
33,9°~
olaca#t bulunur. Bu operasyon esnasmda
kgr.
8·18. · Rutubetin bulunmas1. ~ekil 8-4'den kolayca goriildiigii gibi, §ebnem noktas1 ·bilindigi takdirde, rutubet §ekil 8-S' deki diyagram kullamlarak bulunabilir. Yai; ve kuru termometre temperatiirleri bilindigi takdirde, rutubet yukartda agtldamast yaptlan metod yardnnt ile bulunabilir. Belirli bir hava ornegine ait rutubethi bulunmaSI ile ilgili metodlarm gogu, bu ozelliklerin bir veya digerine tdhidir. Sebnem noktas1 metodlan. Su ile sogutulan parlak yiizeyli bir kap, rutubetinin ii!Qiilmesi istenen hava iQerisinde hualalacak ve sogutma suyunun temperatiirii diisiiriilecek olursa, metal yiizeyin temperatiirii de yava§ yava~ dii§er. Bu temperatiir dii§ii§ii bir noktaya kadar devam eder ve o noktada, (daha dogrusu o temperatiirde) parlattlnn§ metal yiizeyi film §eklinde yogunla~an rutubet tarafmdan 6rtiiliir. Yogunla§manm ba§ladtgt temperatiir, havamn SIVI su ile dengeye nla§llgt t~mperatiir olup, §ebnem veya yogunla~ma noktast admt ahr. Bulunan bu degerden ve §ekil 8-S'deki diyagramdan dogrudan dogruya rutubet bnlunahilir. Psikrometrik metodltn-. Hava rutubetinin bulunmasmda kullamlan bu metodda, havanm ya§ ve kuru termometre temperatiirleri aym zamanda iil<;:iiliir. Bu i§, havayt htzh hir §ekilde, birinin ctva haznesi gtplak ve digerinin ise Isla-
448 !Ilmt~ pamuk veya gazh bez sarth, iki termometre iizerinden gcgirmek sureti ile yapthr. Meteorolojik maksatlarla yaptlan i:ilgmelerde genellikle sapan tipi psikrometreler kullamhr. Bu tip psikrometrelerde iki termometre metal bir gergeve iizerine •esbit edilir ve metal gergeveye baglanan bir ip yardtmr ile, biitiin sisteme havada bir di:inme hareketi verilir. Bi:iylelikle meydana getirilen sapan tipi psikrometre, birkag saniye havada gevrildikten sonra ya~ termometre temperatiirii miimkiin ol,an gabuklukla okunur. Bu i§leme, ya§ termometre temperatiirii sabit bir minimum temperatiire dii§iinceye kadar devam olunur. Bu, §ekil 8-4' deki D noktasmm yerini belirli ktlar. D noktasmdan gegen adyabatik sogutma dogrusunun, t1 temperatiiriinden gtktlan dikme ile kesi§tigi nokta bize A noktastm verir. KlSlm 8-13 ve 8-16'da agrklamalart yaptlan smulamalar igerisinde hava rutubeti bulunmu§ olur. Bu cihazm kullamlmast hem tecriibeye ve hem de yeterli alana ihtiyag gi:isterir. Bu sebeple kullamh§ oldukga smuhdtr.
449 derece olan su ile temasa getirilmektedir. Havanm debisi 283 m3jdakika, suyun ise t9o lt/dakika'du. (a) Hava ve suyun c;Iklli temperatilrlerinin aym olduB,unu ve havanm tam bir doygunluA:a erUJtiA;ini , kabul ediniz. Bu durumda hava ve suyun c;tkl~ temperatilrii nedir? (U) Sudan havaya teorik olarak transfer alan tsmm sadcce % 85'inin hava tarafmdan absorblandlit hususunu kabul ediniz. Bu durumd.i' hava ve sUyun temP,~r:;t.tUrlerinin aym olmast zorunluA:u yoktur. Buna gOre hava ve suyun c;tklli temperatiirlerl ne olur?
~- (a) Omek 8-3'de kullamlan mef.od Yrirdtmt ile giren havanm rutubeti 0,00291 kgr. su/kgr. kuru bava; olarak bulunur. Doymu~ hava ise l0°C derecede 0,00766 kgr. su/kgr. kuru haVa, deAerinde bir rutubete sahiptir. Yilzde rutubet - (100) {0,00291) - % 38 . 0,00766 Rutubotli hacim
= 0,8009 + (0,38) (0,00995) = 0.805
"1' 283 = 348 kgrfdakika K uru havamn k·ut est= O,SOS
Diget bir psikiometre aym metoddan faydalamr, yalmz hava termometreler iizerinden ufak bir vantilati:ir yardtmt ile gegirilir. Bu vantilati:ir kuru pille gah§tmlacak kadar ufakttr. Kuru pi!, motor, vantilator ve termometreler ufak bir iinit< halinde bir araya getirilir. Hava htzt, vantilator kanatlannm htzt ile ayarlanabihr. (8-29) numarah e§itlikle gosterilen denge durumuna eri§ebilmek maksadt ile, sapan tipi psikrometrede oldugu gibi, uzun bir temas miiddetine veya yiiksek bir hava aktm htzma ihtiyag yoktur.
Suyun ktitlesi Hava-su oram
= !90 =
kavu~tnruhnaktadu.
Ornek ·s..s. Kuru termometre temperatiirii l0°C ve ya~ termometre temperatUtii 4,44°C derece olan hava, paralel alomla !raltpn bir cihaz i~risinde. girl~ temperatiirU 1S,6°C
kgrI dakika
190 348
. = 0,546
Giren havanm enta1pisi: H
kgr. su/kgr. kuru hava
= 0,24
(Ia
=
+
6,72
+ 18) + W (597,8 + 0,45 1,75
= 8,47
ta)
kgr.kal/kgr kuru hava
Giren suyun entalpisi = 15,6 kgr.kal/kgr
Havamn ta§tdtgt su miktan kimyasal metodlarla dogrudan dogruya da bulunabilir. Bu metodda hacmi bilinen hava, igerisinde siilfat asid~ fosfor pentoksid veya rutubet absorblayan ba§ka bir kimyasal madde bulunan, bir ytkama §i§esinden veya bir U borusundan gegirilir ve absorblanan su tarttlarak bulunur. 8-19 Rutubetli bava ile su arasmda kalldtkh tesirler. KISlm 8-13'de az miktarda suyun biiyiik hacimde hava ile kar~t kar§tya geldigi ve bu sebeple havamn ortalama ozelliklerinde bir degi§me olmadtgt hususu ,goz oniine ahmm§ttr. Ktstm 8-15'de ise smtrh miktardaki rutubetli havamn sabit temperatiirlerdeki su ile temasa gelmesi ve bu suretle sadece havanm temperatiir ve rutubetinin degi~mesi bali incelenmi§tir. Bu klSlm daha gene! bir !tali giiz iiniine almakta, bu durumda hava rutubetinin de~i~imi ile birlikte hem havamn ve hem de suytm temperatiirii degi§mektedir. Bu operasyon gevre ile sistem arasmda bir 1st ah§ veri§i olmamast halinde adyabatik olabilir, fakat yine de klSlm 8-15' den farkh bir durumdur. <;iinkii klSlm 8-15'de suyun temperatiiriiniin sabit olmast gibi bir durum vardtr. Bu durumla ilgili hesaplamalar, a§agtdaki iirnekle iyi bir §ekilde agtkhga
m' /kgr kuru hava
H 1 = havanm
gi~
entalpisi
= suyun giri~ entalpisi H 2 = hav·anm c;tkt~ entalpisi h1
h2 = suyun c;1k1~ entalpisi
= havannt w2 = l_lavanm W1
giri~
rutubeti
c;th:> rutubeti
1. kgr. kuru hava esas ahnarak. sistemin entalpi dengesi a~a~tdaki ~ekilde kurulur. H1
+ 0,546
= H, + [O,S4~- (W2 - W1)] 11, 17 = H 2 + [0,546-(W,-0,00291)] 17 = H, + (0,549- W,) 11, h1
h2
Bu C$itlik sadece yakl3.$1k dei,erler (deneme ve yamlma) metodu kullruJ11arak c;Oziilebilir. Bunun ic;in lSnce ~lki!$ temperatilrii tahmin olunur, sonra bu temperatUre teka.htil eden H 2 , W 2 ve h2 bulunur. Bu dejerler yukandaki e~itliS;e yerl~tirilerek c;ok yiiksek veya c;ok d~iik deAerler olup olmadtklan ara,tmhr. Entalpi dengesi e~itli8i istenen sonucu verinceye kadar bu i!$1eme devam edilir. Neticede suyun ve havanm c;tkt~ temperatilrti olarak (verilen ~artlar alt:Jnda) l0°C derece bUlunmu~tur.
1.
Cata1ta~
-
Kimya
MUhendisli~ine Giri~
F .29
451
450 (b) Yukanda verilen ~artlar itltmda, ~iren havanm entalpisi 8,4: kgr.kal ve ~1kan ha~ vamn entalpisi ise 11,38 kgr.kal'd1r. Bu sebeple kuru havamn ~er kllogramt 11,38- 8.4? 2 91 kgr.kal de~erinde tstyt teorik olarak absorblamt~ttr Verden problem ~artlan a~bnda bu :smm ancak % 85'i hava tarafmdan absorblanabildiSine gOre, absorblanan I~t~m m1kdan (2,91)(0,85)=2.47 kgr.kal degerindedir. Bu durumda 91kan havanm gen;ek entalptst 8,47 +2,47
=
= 10,94
kgr.kal/kgr'dtr. . KlSlm 8-15'de at; 1kland 1gi gibi sabit entalpi .yizgisi, yakla~ak olarak. sabit adyabatik doyurma temperattirii .yizgisi ile aymdtr. Hava-su sist~mi takdiri.nde (ktstm 8-16'ya b~m~), sabit ya~ termometre temperatiirii t;izgisi, aslmda sabtt ad_~abat1k doyurma temperaturlldur. 10,94 kgr.kaljkgr kuru hava, degerindeki entalpiye tekiibul. ~den yru; termometre temperattirii, (8-21) numarah ~itlikten yakla.c;1k de~erlerle bulunabthr.
0,012 Ill
;;
2
0,010
Doygunluk egrisi ~ 5 4
:::> ""' 2 0,008
(/)~ '-'
"" :>:: 5, 0'00 5 :>::
--g"' -
/
./
Sabit ya~ ..... termometre temperatU rU Temp=9,4•c
OJ}O 4
1 0,00 2 7,5
5
.
10
12,5
1515,6
TemperatUr •c Sekit 8-5. Omek 8-5'in c;Oziimii. llk
mn
yakla~am: tw
= 9,44°C olsun.
Buna gOre (8-21) numarah e~itlikteki W, 9,44°C dereceye tekAblil eden rutubetidir. Sekil 8-3'deki rutubet diyagrammdan W w = 0,007~7'dtr.
H
= 0,24 (9,44 + 18) + 0,00797
H = 6,58
+ 4,44 =
+ 0,45
doymu~
hava-
X 9,44)
11,02 kgr.ka1 ·
= 8,89°C interpolasyonla tw = 9,1 °C
lkinci yaklru;tm: Lineer
(597,8
H = 10,89
! 10
= 10,94 + (0,549- 0,006) h,
h,
= 6,06/0,543 = 11,16
olarak 12,64°C dtrl. Bo-
Suyun c;Ikl$ temperatiirii 11,16°C olarak bulunur. Kiitle ve enerji dengesini sa&Iayacak hava ~akt~ma ait di8er ~artlar ~ekil 8-5'de gOsterilmektedir. Bu ~ekildeki 1 numaralt nokta havanm, 2 numarah nokta ise suyun giri~ temperattirierini gOstermektedirler. Sabit ya~. termometre r;izgisi, defH~ik ~artlarda hava c;tkt~ma ait btitlin noktalart tizerinde toplamaktad1r. Orne8in, cihaz o ~ekilde dtizenlenmi~ olsun ki hava 9tktt;;I 3 numarah nokta ile gOsterilebilsin. Bu durumda suyun lj:Ikl~ temperatiirii 4 numarah noktadaki degerdir. E&er hava tam olarak doygunluga eri~ecek olursa suyun c;tkt* tempetatiirii 5 numar-dh noktadaki degeri ahr.
8·20. · Nemlendirme. Genellikle belirli bir temperatur ve rutubete sahip bulunan havaya ihtiyaQ vard1r. Bu amaQ, hava ve suyu, istenen rutubet elde olunacak ~ekilde, temasa getirm.ek sureti ile ger~ekle~tirilebilir. Nemlendirici<;leki ~artlar havamn tam olarak doygun hale gelmesini temin edecek durumda ise, bu takdirde rutubet belirlidir. Buna kar~1hk pek Qok nemlendirme cihazlarmda oldugu gibi. hava tam bir doygunluga eri~memekte ise, havamn Qiki~ ~arthin ornek 8-5 (b) deki Qiizumde aqiklandigi gibi, ara bir durum gosterir. Bu durumda havamn Qiki§ rutubeti, elde mevcut cihazm ozel karakteristikleri yanmda, suyun temperaturune tilbi olur ve bu temperaturun degi§tirilmesi sureti ile belirli bir degere ula~tmlabilir. Tekrar istenilen temperature ISltmak sureti ile, belirli bir rutubet ve temperature sahip hava elde olunabilir.
y··--
/
17
yakla~1k
GerQek Qiki~ ~artlan,. kullamlan cihaza ve cihaz iQerisinde meydana gelen kutle ve lSI transferlerinin relatif miktarlanna baghd1r.
/~------
:::>
0::
/
./
Online alahm, bu durumda kuru termometre temperatlirii na gOre yukanda kurduSumuz e~itlikten,
Bu durum ~ekil 8-6'da gosterilmektedir. A noktas1 kuru termometre temperaturu t. ve rutubeti W1 olan havamn giri~ durumunu gostermektedir. Bu durumdaki havanln, kur,; tei:mometre temperaturu t 2 ve rutubeti w. olacak ~e kilde (B noktas1) bir degi~rrieye u!?;ratilmasl istenilmi§ olsun. Yukanda a~Ikla masml yaptigumz metod yardimi ile ve havay1 su ile temas.1 getirerek, once hava istenilen rutubete eri§tirilir (C noktas1 ile gosterilen durum, ya§ termometre temperaturu t 3} ve sonra t, temperaturune ISitihr. Hava ACB yolunu izler. Diger bir metodda ise hava once bir on ISltiCida t. temperaturune kadar IS!tlhr, sonra adyabatik so!?;utma do!?;rusunu takiben, istenilen rutubet elde ohm-
olarak bulunur.
y ru; termometre temperatiiriinlin lizednde yer alan her kuru termome.tre ve rutu~t de~er ciftleri, istenilen entalpiye sahiptirler. Orne~in, rutubeti 0,0060 olan btt kanstmt gOz
1 Temperattit ve rutubetin bu deSerlerinde, iyi bir bir rutubet diyagramma ihtiyalj: vardtr. ·
sonu~
alabilmek it;:in biiyiik
Ol~Ude
453,
452 c~ya kadar sogutulur. Daha evvel yaptldtg, gibi tekrar tsttthr. Biitiin bu i~lem
ler ~ekil 8-6'da ADCB yolu ile gosterilmektedir.
nl
;u
tucularmda lasmen tutulurlar. Pompa Qtkt§ma suyun temperattiriinti ayarlamak maksadt ile bir tstttct veya buhar enjektiirti konulabilir. Piisktirtme odasmdan sonra, kanath spiral borulardan meydana gelmi§ ikinci bir tsttlct Q yer ahr. R vantilatorii istenilen temperatiir ve rutubete ula§mt§ havayt cihazdan gekerek kullamlacagt yere gonderir. Havanm son temperatiirii, ikinci tsthctdaki ISltma buharmt kontrol ederek veya havanm bir ktsmmm kapaktan (T) ge~mesi temin edilerek ayarlamr.
.c. ::> ::> !:::; tfl:,::
'"'
'-'
B +- C-------y
w
::.:::}
., .a "' 0::: "' w,
I / 1/
..-> ~
Hava
I
girisi
I
f1
A~-+----=---~---0 I I I I t
t
Temperatur
t4
•c
'$ekil 8- 6. Muhtelif nemlendirme - nem giderme operasyon1armda hava rutubet ve temperatUriiniin de~i~imi.
8-21. Nemlendirme cihazlan. Yukanda yaptlan a~tklamalardan d::t kolayca giiriilebilecegi gibi, nemlendirme cihazlan esas olarak, nemlendirmeden once veya sonra veya her iki ~ekilde, havayt ISitacak bir tsttlct ile, hava-su temastm saglayacak bir ktstmdan ibarettir. !Slttctlar genellikle spiral veya kanath borulardan (lastm 4-4l'e balamz) yaptlnu§ttr. Havamn su ile temasa getirihnesi Ge~itli §ekillerde olur. Su ile ytkanan dolgulu kuleler ve ilerde Gas Absorbsiyonu boltimiinde agtklanacak her tip cihaz bu maksatla kullamlabilir. Genellikle bir emzikten hava igerisine su veya su buhan piiskiirttilerek nemlendirme yaptlmaktad.r. Bu metod kule tipi cihazlardan daha az yere ihtiya~ gosterir. Ktstm 8-20'nin sonunda a~tklamast yaptlan ikinci metoda (~ekil 8-6'daki ADCB volunu izleyen) gore ~alt~an bir cihaz ~ekil8-7'de gosterilmektedir. Hava once k~nath spiral borular M arasmdan gegirilir ve ~ekil 8-6'da AD dogrusu ile gosterildigi gibi tsttthr. Sonra igerisine su piiskiirtiilen odaya N girer, adyabatik §artlar altmda sogur ve nemlendirilir (§ekil 8-6'daki DC dogrusu). Pompa alt ktsnndaki depodan suyu ahp ptiskiirtme emziklerine ve su perdesi dagttma oluguna T basar. Su perdesi, hava ile ta§man su damlactklanm, sis tutucul.arma p girmeden once tutar. Bu kiSimdan kagabil<:n ~ok ufak damlactklar da. sts tu-
$ekil 8-7. Nemlendirme- nem giderme cihazt: M,Q, kanath JSitma spiralleri; N, pliski.irtme emzikleri; P, sis tutucular; R, vantilatOr; S, kapak; T, su perdesi.
$ekil 8-6'da gosterilen ACB yolunu takip eden oparesyonun iQerisinde meydana geldigi cihaz, ~ekil 8-7'de gosterilene gok benzer. Stkil 8-Tdeki kanatlt spiral tstttna borula.n M yerine, emziklere pomplanan su i~erisine dogrudan dogruya su buhan enjekte edilir ve bu suretle ~ekil 8-6'da gosterilen t3 temperatiiriine eri~ilir. Cihazm gcri kalan ktsmt §ekil 8-7'dekinin tamamen aymdtr.
8-22. Nem gidericiler. Rutubetli havanm rutubetinin azaltiimast isteniyorsa (ornegin, bir kurutucuyu terk eden havamn rutubetinin azalttlarak tekrar kullamlmast}, bu hava kendisinin §ebnem temperatiiriinden daha dii§iik bir temperatiirde bulunan ve piiskiirtiilen su ile temasa getirilmelidir. Bu operasyon §ekil 8-7'de gosterilene benzer bir cihaz igerisinde yaptlabilir, sadece M tsttiCIsma ihtiya~ yoktur. Hava rutubetinin giderilmesi havayt, i9erisinden soguk bir akt§kan akan kanath boru demetleri arasmdan gegirmek sureti ile de yaptlabilir. Metal 'borularm dt§ yiizeylerinin temperatiirii, havanm ~ebnem temperatiiriinden daha dii§iik olmahdtr. Bu durumda hava rutubetinin bir ktsmt borulann dt§ yiizeyinde yogunla§tr ve hava rutubeti dii§er. Ev ve binalanmtzt dolduran hava rutubetinin istenilen bir degerde olmasma kar~I giin ge~tikQe artan arzu, bu tip cihazlarm kullamldtgt alanda biiyiik bir geni~lemenin meydana gelmesine sebep olmu§tur. Rutubetin dii§iirtilmesi igin gerekli suyu temin etmek, su temperatiiriiniin olduk9a dii§iik olmasmdaki
454
zorunluk sebebi ile, Qojtu zaman miimkiin degildir. Bu sebeplc sojtutulmn§ su veya bir sojtutkan (refrijerant) kullamlmahcbr. Sogutma sistemi nem gidericinin bir parc;as1 olabilecegi gibi, tamamiyle ayn bir iinite de olabilir. Sojtuk su, suynn piiskiirtiilmesi ve sonra devrettirilmesi ilc de elde olnnabilir, ya!mz bu esnada cihaza vakum uygulanmas1 gerekir. Bu suretle suynn temperatiirii istenilen bir degere dii§iiriilebilir. Ornegin, suyun temperatiiriiniin 7,25°C dereceye dii§iiriilmesi istenilmekte ise, cihazdaki mutlak basmQ yakla§Ik olarak 7,6 mm olmahdir. Bu vakum, §ekil 5-12'de giisterilen tipte bir buhar- jet ejektiirii kullamlarak elde olunabilir.
455
kule iQerisindeki hava dola§Iml, kule tabamna dii§ey dogrultuda olmay1p, paraleldir. Diger bir deyini!e yatay dogrultudad1r. Esintinin lnz1 sadece di§ardaki hava hareketinin h1zma ve kulede kar§lla§Ilan dirence baghd1r. Sogutma suyu kulenin iist lasmmda bulnnan dag1tma oluklarma gelir ve bu oluklann kenanm a§arak, a§ajtlya dogru akar. Sekil 8-8'de giisterilen yap1 tipi en ~ok kar§Ila§Ilan
Metal bir duvar yolu ile havadan lSI absorblanmasi halinde bile, rutubetinin giderihnesi istenilen hava ile sojtuk su arasmdaki dogrudan dogruya temas sonucunda, ISitma yiizeyi iizerinde kondensat tabakas1 meydana gelebilir. Biitiin yul..anda aQiklamalan yap1lan operasyonlar, rutubetli haYa ile soguk su arasmdaki kar§Ihkh tesirden ba§ka bir.§ey degildir. 8-23. Sogutma kuleleri. Hava rutubetini artumak iQiri kullamlan operasyon, suyu sojtutmak iQin de kullamlabilir. Bfr Qok endiistriyel uygulamalarda kondensiir veya di11;er cihazlan terk eden s1cak sular, bunlarm so11;utulduktan sonra tekrar kullamlmalarmm ekonomik oldugu yer ve durumlarda, bir sogutma operasyonuna tllbi tutulurlar. Sogutma i§lemi s1cak suyun doymanu§ hava ile temasa getirilmesi sureti ile yap1hr. Bu i§lemin sonucunda havamn rutubeti artar ve suyun temperatiirii yakla§Ik olarak, havanm ya§ termometre temperatiiriine kadar dii§er. Bu metod sadece, havamn ya§ termometre temperatiiriiniin, suyun istenilen Qiki§ temperatiirii altmda ohnas1 halinde uygulama alan1 bulabilir. Sogutma i§leminin gerQekle§tirilebildigi iiQ tip cihaz vardu. Bunlardan birincisi piiskiirtme havuzlan, ikincisi tabu esintili sogutma kuleleri ve iiQiinciisii ise; mekanik esintili sogutma kuleleridir. Doymami§ hava ile suyun so11;utulmasi §eklindeki biitiin metodlar, suyla havanm iyl bir §ekilde temasm1 temin maksad1 ile, snyu son derece ufak damlaclldara ayirmayi prensip edinmi§lerdir. Bu i§lem en kolay olarak suyu emziklerden piiskiirtmek sureti ile yap1hr. Piiskiirtiilen suynn toplanabilmesi iQin piiskiirtme i§lemi havuZlar iQerisinde yap1hr ve bu havuzlara piiskiirtme havuzlan ad1 verilir. Bu metod ufak kapasitede i§ler iQin veya bu maksatla kullamlacak alanm ucuz olmas1 halinde uygnn olur. Diger taraftan esinti do!ayiSI ile bir miktar suyun kaybolmas1 da bir sakmca olabilir. Aynca suyun pompalanrnaSI iQin gerekli enerji de iinemli bir yeldln tutar. Yeterli bir piiskiirtmenin meydana getirilebilmesi iQin piiskiirtme emziklerinde minimum bir basmca ihtiyaQ vard1r. T abil esintili kuleler iki alt gruba ayrllabilir, bunlardan biri baca tipi digeri ise atmosferik dola§Im tipi ad1m ahr.- Atmosferik dola§Im tipinde (§ekil 8-8)
$ekil 8 - 8. Tabil esintili soA;utma kulesi.
haldir. Oluklarm altma 2,5 illl 15 em kenar uzunlujtuna sahip, kare kesitli tahta Qnbuklar arahkh ve bir kaQ katl1 olarak yerle§tirilmi§lerdir. Her katta yer alan tahta Qnbuklar aym yiinde, birbirini takip eden katlarda ise tamamen dikey yiinde yer alnu§lardlr. Bu kuleler 6 illl 15 m yiikseklikte ve 2,5 illl 5 m geni§likte (hllkim riizgllr yiiniinde) olabilirler. Uzunluklan ise sagutulacak suynn miktarma tllbidir. Bu §ekildeki kulelerin kullamhnalannda kar§lla§llan esas gii~ liiklerden biri, suyun alt katlara kadar diizgiin bir §ekilde dajtitilmaSI; digeri ise, esinti ile meydana gelebilecek su kayb1mn miimkiin aldugu kadar iinlenmesidir. Baca tipi tabu esintili sogutma kuleleri, su tarafmdan IS!tllan havamn. a§agidan yukar1ya dogru yiinelen hir esinti meydana getirmesi esaSIUa dayamr. Bunnn bir iirnegi §ekil 8-9'da giisterihnektedir. Kulelerin yan yiizleri, alt lasiDlda hava girmesi icin bualalnu§ olan delikler hariQ, tamamen kapatilmi§tlf. Suyun diizgiin bir §ekilde dajtlhnasm1 temin eden Izgaralar, kulenin alt lasmmda ol-
456
457
duk~a az bir yer tutar ve esinti meydana gelmesine imklln veren bir yap!h~ta dirlar. Bu tip kulelerde hava ak1mma kar~1 dogacak direng minimum bir degere dii~iiriilmelidir. Bu sebepten, atmosferik dola~!m tipi so!i;utma kulelerinde kullamlana benzer tahta ~ubuklar burada kullamlamazlar. Sekil 8-9'da gosterildi!i;i gibi zigzag olarak konuhnu~ tahta ~ubuklar, en ~ok kullarulmaktad!f. C:ubuklarm yerle~tirilmesi ba~ka ~ekillerde de yapllabilir, fakat her durumda da ~ubuklar kenarlar iizerine oturtulmahd1r. Baca tipi sogutma kulelerinin sakmcah yonii, esintinin meydana gelebilmesi i~in gerekli yiii
Su
-
Hava
giri~i
giri~i
Sekil 8 - 9. Baca tipi tabii esintili so8utma kulesi.
metre temperatiiriinden daha yiiksek olmahd1r. Tabi1 esintili baca tipi sogutma kulelerinde dolgulu k1smm yiiksekli!i;i pek fazla olmamahd1r. Aksi halde dogacak olan siirtiinme ka)'lplan, daha yiiksek bir kule yapllmasm1 zorunlu kllar. Bu tip kuleler A. B. Devletlerinde terk edilmi~ olmakla beraber, Avrupa'da bugiin bile kullamlmaktad!f.
Mekanlk esintili sogutma kuleleri, havay1 harekete getirmek i~in vantilator kullamrlar. Vantilator kulenin alt losmmda ise, bunlara «zorlan!Ill§ esintili» kuleler; iist kismmda ise, «endiiklenmi§ esintili» kuleler ad1 verilir. 1kinci tip kuleler, doymu~ havamn tekrar kule i~erisine girmesini ouledigi i~in birincisine tercih olunurlar. Bu kuleler §ekil 8-9'da gosterilen kulenin alt losmma benzerler, yalmz baca vazifesi goren iist k1sma ihtiya~ gostermezler. Su ve ~ozeltilerin so!i;utulmasmda kullamlan di!i;er bir tip kuleden de bah" setmemiz faydah olur. Sogutulmasl istenilen maddenin, buharla§mamasl istenilen hallerde bu tip kuleler kullamlabilir. Bu kulelerde so!i;utulmas! istenilen ~ozelti iist iiste olmak iizere tertiplenmi§, yatay boru toplulugu i~erisinden pompalamr. Su, bir dali;1tma olu!i;unu a§arak bu boru toplulugu iizerine damlar ve diger so!i;utma ktilelerinde oldugu gibi hava tarafmdan so!i;utulur. Bu sogutma boru cidanm a§arak, boru i~erisinde akan aki~kana iletilir. 8-24. Hava ·so sistemioe ait karf!Jbkh etklnin melomizmas•. K1s1m 8-19' da rutubetli hava ile SIVI su arasmdaki kar§ihkh etkiyle ilgill iki ozel hal gene! olarak incelenmi§tir. Buulardan biri, ya§ termometre temperatiirii ile ilgili problemleri ve adyabatik sogutma c;izgilerini; digeri ise, hem hava ve hem de su temperatiiriiniin dei?;i§mesi halini esas almaktadu. Kiitle ve lSI dengeleri kullamlarak gene! problemin c;oziimii, bir ornekle iyi bir §ekilde a~iklanabilir. Bunmlla beraber bOyle bir operasyona ait debi ile ilgili daha geni§ a<;lklamalar (s1v1 su faZimn durumunu da goz online alarak) matematik i§lemlere ibtiya<; gostermektedir. Su)'lln adyabatik doygunluk temperatiiriiniin sabit kaldlli;l adyabatik sogutma do!i;rulan i~in, c;evreden SIVI faza veya stvl fazdan ~evreye hissedilir 1s1 aklmt ohnamast sebebi ile, suda bir temperatiir farlo meydana gelmez. Su temperatiiriiniin degi~tigi nem giderme ve su so!i;utma operasyoularmda, su ile <;evresi araSlnda hissedilir lSI ah§ veri§i olur ve biiylece bir temperatiir farki dogar. Bu, SIVI fazda 1s1 ak1mma kar~1 koyan SIVI film direncinin dogmasma sebep olur. Diger taraftan, bu gibi durumlarm hi<; birinde SIVI fazda kiitle tran•ferine kar§l koyan bir direncin olmad1i1;1 ac;1kc;a goriilmektedir. C:iinkii saf su i<;erisinde bir konsantrasyon farla yoktur. Hava ile su arasmda meydana gelen biitiin bu i§lemlerle ilgili, 151 ve su buhan transferi bagmtllarmm gerc;ek durumunu elde etmek biiyiik onem ta~'" maktadlr. Sekil 8-10 ve 8-13'de uzakliklar, fazlar arasmdaki yiizeye dikey olarak olc;iilen uzakl!klar olup; de~erleri absis eksenine, temperatiir ve rutubetler ise ordinat eksenine yerle§tirilmi~lerdir. Biitiin haller i<;in, t' su kiitlesinin temperatiirii t, = fazlarm temas yiizeyinin temperatiirii t 0 = hava kiitlesinin temperatiirii W, fazlarm temas yiizeyindeki rutubet W G = !Iava kiitlesinin rutubeti
458
.
459
Kesikli c;izgiler su buharmm gaz faz1 ic;erisine, devamh oianlar ise •s•mn (gizli ve hissedilir) gaz fazdan s>vl faza .ve SIVI fazdan gaz fazma alamm1 gostermektedirler. t, ve w. her hal ic;in denge durumundaki degerleri ifade etmekte olup, ::;eki1 8-3'de gosterilen rutubet diyagrammda %100 doygunluk egrisi iizerindeki noktalarm koordinatlarld!f.
Rutubet ve remperatiir farklanmn bir sonucu olarak fazlar aras1 yiizey, havadan hem hissedilir lSI ve hem de su buhan almaktad1r. Bu hal, su buharmm yogunla§ma gizli >Slsmm ac;1ga c;1kmasma sebep olur. Hem gizli lSI ve hem de hissedilir lSI suya transfer olur. Bu, su fazmda t,- t' gibi bir temperatiir far kina ihtiyac; giisterir. Ters ak1m prensibi ile c;ah§an sogutma kulesindeki §artlar, su temperatiiriiniin havamn kuru termometl'e temperatiiriinden yiiksek olmasma veya havanm ya§ ve kuru termometre temperatiirleri arasmda bulunmasma baghd1r. Birinci hal sogutma kulesinin iist k!Smmda kar§!la§ilan haldir ve §ekil 8-12'de diyagramatik ularak gosterihnektedir. Bu durumda lSI ve komponent ak1mmm yonii
----
Hava w6 Rutubet Gizli 151
/
/
t 6 Temperati.ir
Hi55edilir 151 Gizli 151 = Hi55edilir 151 Sekil 8- 10. Adyabatik nemlendiricideki durum (sabit su temperattirii).
Gizli 151 H i55edilir 151
Sabit temperatiirdeki su ile adyabatik nemlendirme en basit hal olup, §ekil 8-lO'da diyagramatik olarak gosterilmektedir. Bu durumda sudan havaya gec;en gizli lSI, havadan suya gec;en hissedilir lSI ile dengelenmi§tir ve bu sebeple su fazmd"a bir temperatiir fark1 mevcut degildir. Hissedilir ISlnm fazlar arasmdaki yiizeye akabilmesi ic;in hava temperatiiriiniin t 0 , fazlar aras• yiizey temperatiiriinden t, daha yiiksek olmas1 gerekmektedir. Diger taraltan hava rutubetinin arllnlabilmesi ic;in de W, , W a den daha biiyiik olmahd1r. Nem giderme cihazmm belirli bir noktasmdaki durum §ekil 8-ll'de gosterilmektedir Bu durumda Wa , Widen daha biiyiiktiir, bu sebeple su buhan havadan fazlar aras1 yiizeye difiizlenmelidir. t, ve W, doymu§ havaya ait degerler oldu!Jarmdan t a ,. tiden daha b~yiik olmah veya hava kiitlesi su buhan ile a§m doymu§ bulunmahd1r. Yukandaki · dnrumun bir sonucu olarak doymam•§ havanm rutubeti, bu hava}1 yeterli soguklukta su ile dogrudan dogruya temasa getirip once doymu§ bir duruma getirmek ve sonra havanm ta§•makta oldugu su buhanm yogunla§llrmakla, dii§iiriilebilir.
Sekil 8- 11. Nem giderme cihaztndaki durum.
(temperatiir ve rutubet farklarmm yonii sebebi ile), §ekil 8-ll'de gosterilenin tamamen aksidir. Su, hem buharla::;ma ve hem de hissedilir 1s1 transferi sebebi ile sogutulabilir. Hava tabakasma ait temperatiir ve rutubet farklar1, fazlar araSI yiizeyden esas hava kiitlesine doi,lru azalmaktad1r. Su fazmdaki temperatiir fark1 t'- t,, lSI tiplerinin her ikisine yetecek· biiyiikliikte lSI transferi saglamahdu. Sogutma kulesinin alt kismmda suyun temperatiirii, havanm ya§ termometre tempera!Uriinden daha yiiksektir. Fakat §ekil 8-13'de gosterildigi gibi, havamn kuru termometre temperatiiriinden daha az olmaSI da miimkiindiir. Bu dnrumda fazlarm temas yiizeyinin, esas su kiitlesinden daha soguk olmaSI sebebi ile su sogutulabilir. Su ic;erisindeki temperatiir fark1, esas su kiitlesinden fazlarm temas yiizeyine dogrudur (t,, t' den daha kiic;iiktiir). Dii,ler taraftan, hava adyabatik olarak nemlendirildigi i~in, esas hava kiitlesinden fazlarm temas yiizeyine dogru bir hissedilir lSI aktmmm olmaSI gerekir. (t 0 , tiden daha biiyiik-
460
461 tiir). Esas su kiitlesinden fazlarm temas yiizeyine ve esas hava kiitlesi.nden yine bu yiizeye dogru akan 1stlarm toplam1, yiizeyde bir bubarla§mamn meydana gelmesine sebep olur ve le§ekkiil eden su buhar1, hava kiitlesi igerisine difiiz-
Hava
8·25. Dolgulu kulede JSI. ve kiitle transferi i~iu debi "'iiJiii. Hava yard!m• ile suyun sogutuldugu, ters ak1m prensibi ve mekanik esinti kullanarak ~·h~an, bir sogutma kulesini goi oniine alabm. flu §ekildeki l-uleler genellikle tahta 1zgara veya tahta pargalart ile doldurulmu§lard•r. Dolgu maddelerine ait tiim yiizey ile lslatJlabilen yiizeyin aym olmamas1 sebebi ile, fazlarm temas yiizeyi bilinememektedir. Bu durumda, dolgulu k1smm birim hacmine dii§en fazlar arasl temas yiizeyinin alam olarak tammlanan a (m2 /m") miktan, kiitle transfer katsay•s• (volumetrik kiitle transfer katsayJSl) ile bir araya geti!ilir ve (8-2) numarah debi e§itligi a§ag,daki §ekle sokulur. .
d N. t 6 TemperatUr
_J:!~Bu~
Gizli
1st
Hissedilir 1s1
Sekil 8- 12 So&utma kulesinin list k1smmdaki durum.
Ienir (W,, W o 'den daha biiyiiktiir). Bu buharla§ma, fazlar arast yiizeye her iki yond11n hissedilir tst ~eklinde transfer olan ISlyJ, gizli tst ~eklinde yiizeyden nzakla§tmr. Elde edilen temperatiir degi§iminin profili, t'- t1 - to, ~ekil 8-13'de giisterildigi gibi V harfine benzer. Wj
___ _
Hava -...... ........w6 Rutubet
--~OBuh!'!! Hissedilir 1s1 Gizli
1s1
•
(8·33)
Yukandaki e§itlikte S, bo§ kulenin kesit alam ve z, dolgulu lasmm yiiksekligidir. k 0 a terimi birlikte bir iinite olarak dii§iiniilebilir. Ciinkii k 0 ve a terimlerinin herbirinin degi§imleri genellikle bilinmemektedir. AyrJCa herhangi bir fakt6riin k 0 ve a'mn degi§imleri iizerindeki tesirleri birbirinden farkh olabilir. Dolgulu kule 6rneginde k 0 a'ya ait kar§•hkh bagmtdara, SIVI faz debisinin tesiri oldugu g6riilmektedir. Buna sebep 1slatdan yiizeyde meydana gelen degi§meler olabilir. Sekil 8-14'de bir sogutma kulesi §ematik ola- · rak gosterilmektedir. Hava - su sistemi ve normal olarak kar§Jla§dan durundar i9in a~ag1daki birim sisteminin kullamlmas1 uygundur.
Ga =
(kgr kuru hava, hava-su buhan sistemind~)/(m", bo§ kulenin kesit alam)(saat).
h•dh W+dW
,•dG,_ H•d
_l
G L = kgr su/(m')(saat)
t0
=
-T
hava-su buhan kan§lmlmn tempe-
G,_h
ratiirii
t' . s•v• suyun temperatiirii Kule tabanmdan z kadar yiikseklikteki dol" gulu k1sma ail olan bir nokta i~in, a§ag1daki kiitle ve enerji dengeleri yaz1labilir.
dGL
=
d(GLh)
Sekil 8- 13. Soj:utma kulesinin alt k1smmdaki durum.
koa(p,- Po)dV'= koa(p,- po)S dz
=
GadW
(8. 34)
= G~dH
(8. 35)
Yukandaki e§itliklerde h, SIVJ fazm ve H, hava•;, buhan karl§lmlmn entalpisidir. Pek ~ok du-
t; GL1·
H
w
_j_ dz
l
.....,_.,.....J W1 t61
$ekil 8- 14. Dolgulu kuleyi kapsayan tst ve kiitle bilan.;osu .
462
463
rumda buharla~an su kiitlesi, kuleye giinderilen suyun kiitlesine nisbetle ~ok ~zd1r, aym zamanda SIVI suyun 1s1 kapasitesinde giiriilen degi~me de ufakt1r. Bu durumda
(8- 36) Yukar1daki e§itlikte CL suyun 1s1 kapasitesidir.
(8-40) Yukandaki e§itlikte a H, lSI transferi iQin birim hacme dii§en fazlar aras1 temas yiizeyinin alam ve h 0 , gaz faza ait ISI transfer katsaylSidu. Buna benzer §ekilde esas su kiitlesinden fazlarm temas yiizeyine transfer alan Isimn debisini gOz Oniine alahm.
(8·41)
(8-35) ve (8-36) numarah e§itlikleri birle§tirelim.
(8-37)
Yukar1daki e§itlikte h L , SIVI faza ait .IS! transfer katsayidlf. Sonne olarak kiitle transfer debisini goz iiniine alahm.
G(;dW=kaaM Mv (p,-PG)dz£
aMMvP(~~
)
G(; dW = ka aM Ma P(W,- W) dz
Terimleri aymp entegre edelim.
(8-42)
Yukandaki e§itlikte,
aM (8-38) (8-38) numarah e~itlik H ile t' esas ahnarak ~izilen bir diyagramda, ciiiz · bir dogrunun denklemidir. Bu dogrunun egimi GL C L /G~ olup, sogutnia kulesine ait operasyon dogrusunun denklemidir. (8-21) numarah e§itlikten,
+ 18) + (597,8 + 0,45 to) W dH = 0,24 dta + 0,45 (fa dW+ W dta) + 597,8 dW
=
Mv = Ma =
kiitle transferi i9in birim hacme dii§en, fazlar aras1 temas yiizeyinin alam suyun molekiil ag1rhg1 havamn molekiil aguhg1
ttici
gii~
K!S!m 8-16'da h0 /ka Ma P ~ s oldugu gosterilmi§tir. Buua gore (8-40) numarah e§itlikteki h 0 yerine ha = kaMa Ps degerini koyabiliriz. 8-26.
olarak entalpi farknun kullandrnas1.
H ~ 0,24 (ta
(8. 43) (8-42) numarah e§itligin her iki yamm da 597,8 ile Qarplp buna (8-43) numarah e§itliii;i ili\ve edecek olursak,
597,8 dW terimi yamnda 0,45 t(; dW terimini ihmal edecek olursak:
dH = (0,24
(G~)(597,8)(dW)+
+ 0,45 W) dta + 597,8 dW
=
(8-20) numarah e~itlikle tammlanan s degerini yukandaki yerine koyahm
dH = s dta
+ 597,8 dW
(8-39)
Fazlar arasmdaki temas yiizeyinden, hava-su buhar1 kan~Irnimn esas kiitlesi i9erisine transfer alan hissedilir lSI debisini giiz iiniine alahm,
G(;sdta
(5?7,8)(k0 aM Ma P)(W,- W) dz +ka aHMa P s (t,- Ia) dz
(8-39) numarah e§itlige gore dH
= s dt a + 597,8 dW'd1r.
Aynca aM= aH = a*
* Dolgulu ktstmda, birim hacme isabet eden fazlar arast alamnm (etkili), hem kUtle ve hem de 1s1 transferi icin aym olmasJ gerekm"ez. Dolgu maddesinin yiizeyi tamamiyle Islahlmami!; ise, ISI transferi yapan yiizeyin alam kiitle transferi yapan alandan daha bilyiiktUr. «;;iinkii hem kuru ve hem de tslak yiizey 151, transferi yaparlar, di~er bir deyimle aH > aM dir. Bununla beraber SIVI ve gaz faza ait ak1m debited ylikseldik~e aHfaM oram hire yak.Ia$Ir. W.H.Mc- Adams, J.B. Pohlenz ve R.C.St. John, Chem. Eng Progr., 45: 241· 252 (1949); SL. Henzel and R.E. Treybal, C/Jem. Eng. Progr. 48:362 • 370 (1952).
464
465
hususu kabul edilecek olursa,
G(; dH = k~ a Me P[597,8(W1 - W)+s(t,- tc)]dz (8-20) ve (8-21) numarah e§itliklerdeki, H 1=597,8 W,+s t, ve H = 597,8 W +stG · •degerleri yukar1daki e§itlikte yerlerine konulacak olursa,
G(,dH= kC.aMcP(H,-H)dz
Doymus havan1n entalpisi ( t; nin fonksiY,onu olarak H;l ( Denge egris i )
(8-44)
(8-44) numarah e§itlik ve bu e§itligin l)lkanh§l, 1s1 ve kiitle transferlerinin birlikte meydana geldigi hallerde, itici gii9 olarak entalpi farkmm (hava - su buhart kan§1mla;1 i~in) kullamlabilecegini gi:istermektedir. Degi§kenleri aytrdt~tniZ ve kG ajG(; degerinin sabit oldugunu kabul ettigimiz takdirde, (8-44) numarah e§itligin entegrasyonu yapt!abilir. H, __
diyagr..m ve egri ~kil 8-15'de giisterilrnektedir. Operasyon dogrusuna ait bir e§itlik olan (8-47) de aym diyagram iizerine ~iziltni§ bulunmaktadtr. (8-47) nu· maralt e§itlik (H, t') noktast ile (operasyon dogrusu iizerinde olan bir nokta), (H1 , t1) no1.
ns
iU .c
--~Hi
Operasyon dogrusu (../"'(! nin fonksiyonu olarak Hl til". _ -hLa Egim- k aMp ,.<-if-tV'IH,t') G G
• (8-45)1
(8-45) numarah e§itligin kullanth§l esnasmda kar§tla§tlan birinci derecede zorluk, kulenin belirli bir noktasmda hava - su buhart kan~tmma ait H degerine tekdbiil eden H, degerinin (fazlann temas yiizeyindeki entalpinin) biline· memesidir. Bununla beraber (8-37), (8-41) ve (8-44) numaralt e§itlikleri biraraya getirdigimi;~; zaman a§ag1daki sonu9 ~lkanlabilir.
G(;dH = hLa(( -t',)dz
=
t;
kaaMcP(H1 - H)dz
t'
Temperatiir (8-46)
$ckil 8 tS. w
Fazlarm temas yiizeyinde iki fazm denge halinde oldugu ve ·burada bir direncin bulunmadtgt kabul edilecek olursa, t.' = t, almabilir ve (8-46) numarah e§itlik a~ag1daki §ekli altr.
[kcaMcP
(8-47)
Doym~q
hava - su buhan kart§lmmm entalpisi H, ile temperatiirii t, esas almarak hazhlanacak bir diyagram bize dogrudan dogruya denge egrisini verir. Bu 1 F. Merkel, Mitt. iiber Forschungsarb., Heft 275 (1925); A.L. London. W.E. Mason and L.M.K. Boelter, Trans. ASME, 61 :41-50 (1940).
Hava~su sist~roinin k3I$Ihkh tesirine ait temperatUr- entalpi diyagrauu.
fmdaki terim olup, stvt faza ait lSI transfer katsaylSimn gaz faz9. ait kiitle trans• fer katsayisma oramna ''e bu oramn bir klSlm sabitlerle 9arpumna e§ittir. Bu katsayJlara ait yeterli bilgi mevcut oldugu takdirde, operasyon dogrusu ve deiJ· ge egrisi iizerinde, birbirlerine tekl\biil eden bir stra noktamn bulunmasmda (8-47) numaralt e§itlik kullantltr. Bu noktalar sonradan (8-45) numaralt e§itlijtin grafik yolu ile entegrasyonunu rapmak i~in gerekli entalpi farktmn (H,- H) bulunmasmda kull~thrlar. Bunda!) sonra (8·45) numarah e§itlikteki dolgulu ktstm yiiksekligi hesaplanabilir. Katsaytlara ait bilginin yoklugu halinde bir ilk taltmin olarak, bunlara ait . / / oramn sonsuz oldu~u kabul olunabilir. Buna gore t.' = t', diger bir deyintl~/ / stvt fazda temperatiir dii~ii 0 ii ilrmal olunabilecek kadar kii9iil
Kimya MUhendisliliine Gm.
,._...----
466
467
operasyon dogrusu iisliinde bulunan bir nokla, kendisine lekabiil eden ve denge egrisi iizerinde yer alan diger bir noklaya sahiplir. Yukanda a~1klamas1 yaplian i~lem, hava-su buhan kan~nnmm kule i~eri sindeki lemperaliir ve rulubel degi§meleri hakkmda herhangi bir bilgi vermez. Bu bilginin islenildigi hallerde,. kullam§h ve gabuk bir grafik (;oziim metodu vard1r 1• Mickley (8-40l numarah e§illigi (8-44l numarah e§illige oranlayarak a§ag1daki sonucu elde elmi§lir.
G(;sdla G(;dH
marah nJkladir ve bundan, fazlarm lemas yiizeyine ail yeni degerler (6 numarah noktal bulunur. Havanm igerisinde bulundugu §artlann degi§imini gosteren dognmun egimi, §imdi 4 ve 6 numarah noktalan birle§liren dogrunun egimidir ve 7 numarah noklayi verir. Bu i§leme, operasyon dogrusunun diger ucundaki noklaya (8 numarah noktal ail enlalpi degerine eri§ilinceye kadar devam edilir. Yukandar. beti aQrklamasim yaplrgtmrz iirnekte havamn s~n durumu 9 numarah nokta ile gosterilmektedir. · '
ka aMa P(H,- H) dz 8
Denge. egrisi
dH = (kaaMaP) (s) (H,-H) dla ha a I ; - Ia Hava-su sistemi igin
'dH dla
=
H,-H I ; - Ia
(8-48) .
8-27. Hava-su sistemiue ail problemlerin grafik ~iiziimii.. (848) numa· rah e§itlik, hava - su buhar1 kan§Imma ail enlalpinin lemperaliirle degi§immin, (H, tal noklas1 ile §ekil 8-15'deki denge egrisi iizerinde yer alan (H,, t,l noktasml birle~liren dogrunnn egimi oldngunu ifade eder. Bu aQiklama ve bunu takip e9en i§lemler §ekil 8-16'da gosterilmekledir. Hem operasyon dogrusu ve hem de denge egrisi §ekilde yer alm1§lard1r. Bu durumda biitiin temperatiirler, ister gaz faza, ister s1v1 faza ait olsun, aynt temperatiir ekseninden okunur. Giri§ ve Qlkl§a ail degerlerin ve hava - su orammn miimkiin oldugu kadar belirli hlmdigi bir kuleyi goz oniine alahm. Boyle bir hal iQin operasyon dogrusunun durumu tesbit edilerek gerekli hesaplamalar yapliabilir. 1 numarah nokta, gaz fazm kuleye girdigi taban hsmmda H, ile t,' arasmdaki bagmllyt gosterir. (8-47l numarah c§itljk iQinde yer alan bagmlllardan ve §ekil 8-15'deki Qizimden yararlanarak, fazlarm temas yiizeyine ail degerler (H, , t.'l bulunabilir (2 ll.l!l:irah· nokta). 3 numarah nokla (H, t 0 l giren havamn durumunu go;terif (8-48l nun narah e§itlik 3 numarah noktanm, egimi 3 ve 2 numarah noktalan birle§tiren do •grularm egiroi ile aym kalmak §arll ile, bir yo! boyunca hareket edecegini ifad e etmektedir. 4 .numarah nokt~ tya eri§ildigi zaman, durum yeni bir egime ihtiyaQ hissettirece\hdar degi§mi§., lir. Operasyon dogrusunda bunu kar§Ilayan durum 5 nu~ ""- 1
and
.
\
~ickley, Chem. El, '8· Progr., 45 : 739 - 745 (1949). .~...
Operasyon dogrusu
4 D..
3
ro
~
c
w
Temperatur ~ekil 8- 16. Hava-su sistemine ait problemlerin' temperatiir-entalpi diyagram1 ile gene! ~OztimU.
Omek,S-6. Z1t ak1m ve zorlanmi!;I esinti ile !rRh$an bir so&ut~a kulesinin 3,8 m 3fsaat debiye sahip suyu, 43,3°C dan 28,3°C dereceye so~utmas1 istenilmektedir. Kulenin projelendirilmesi esnasmda ya$ termometre temperatlirii 22,8°C olarak ahnmt$tlr*. SIVI debisi ile aym olan bir gaz debisinin (kgr. kuru hava/dakika) kullamlmasma ve kiitlesel h1zm (G(.) 4.885 kgr/(hr)(m2) olmasma karar verilmi$tir. Kiitle transfer katsay1smm (ka a)
* Belirli bir nokta i!rin y~ termometre temperatiirli hi~ bir zaman maksinium olarak. SC\=ilmez, bOyle bir $CY yalmz 3.$Jrt derecede biiyiik 'bir kulede meydana gelebilir. Or~ talama y~ termometre temperattirlini.in almmast da yeterli de&ildir, !rtinkti kule zamamn biiyiik bir k1smmda istenildiAi !lekilde f;ah~maz. Ya~ tcirmometre temperatiirlini.in s~ilmesi hususunda genellikle kabul olunan bir kaide, temmuz eylii1 aras1 Ol!rtilerinin % 2,5 dan fazla iistiine ~tkllmamasJdlr.
469
468 dejieri 44,2 mol-kgr/(hr) (m') (atm) olarak tahmin olunmaktad1r. Buna gore dolgulu k1smm yllbcklijini hesaplaymiZ.
(a)
hL a/ka a Mt; P = oo oldujiuna gore
(b)
hL a/ka aM(; P
=5
oldujiuna gore
~ S1vt ve gaz faza ait .debiler C$it oldu~u ic;in, G(; == G L yazllabilir. Su icin lSI kapasitesi l,O'e ~ittir. Buna gOre (8 - 38) numarah etitlik 8$8jidald $Ckli ahr. 43,3-28,3 = H,.-H1 KISim 8. 1S ve 8- 16'da yap1lan ac;Iklamalara gOre, sabit ya., termometre temperatUr.U doj,rusu yaklru}tk olarak. sabit entalpi dolrusu iihidir. Bu durumda 22,8°C dereccde bulunan doym~ havanm entalpisi, yak.lB$Ik olarak aym Ya!J termometre temperatiiriine sahip hava-su buhan kan$IDllniD. entalPisi ile ayntdir. Perry'nin Chemical Engineers' Handbook. adh kitabmdan1.
= 20,4 kgr.kalfkgr. H, = 35,4 kgr.kal/kgr
H1
~kil
denge e~risi ~izilir. Operasyon dogrusu ise l numarah nokta. (20.4 kgr.kal/kgr; z·8.3°C) ile 2 numarah noktayt (35,4 kgr.kalfkgr; 43,3°C) birle!iitirmek sureti ile elde olunur. oldugu takdirde, operasyon do&rusu Uzerindeki bir noktaya tekabiil eden temas yilzeyinin durumu, denge egrisi tizerinde ve tam operasyon dogrusunun ilsttine dil$en noktada belir1idir. Sekil 8- 17'den okunan de8:erler (8- 2) numarah tabloda yer almt$tlr (dil$ey do£:rular $Ckilde gOsterilmemi~lerdir). (8- 45) numarah e$itli8in sol tar.afmdaki entegralin de&eri, 1/(H,- H) de&erine karolarak H de8erini ($ekil 8- 18'deki A e8risine bakmtz) bir grafik kfl.£:tdma yerle$tirerek grafik yolu ile hes.aplanabilir. H 1 =·20,4'den H2 = 35,4'e kadar egri altmda kalan alamn de8eri bulunur. ~~t
Tablo 8 - 2. brnek 8 - 6'nm 90zilmti Hava-su buhan kan$tmmm entalpisi. kgr.kal/kgr kuru hava
kuru. hava kuru hava
8- 17'de g&terildi#i gibi,
doym11~
Hava ktitlesi it;inde H
Fazlann temas yiizeyinde H,
H1-H
20,4 21.5 24,3 27.0 29.8 32,6 35.4
26,1 27.4 31,0 35,2 39.8 45,2 51.3
5.7 5,9 6,7 8,2 10,0 12,6 15,9
havanm 1 entalpisi kullanllarak (H1 ile 11 arasmda)
50 01 > 01
..r::
:::J 40 .... :::J
-"' ,_;
0.22
!}2 30
0,20
'2-.. 01
::.::: ,_; en 20 ::.:::
0.16
·a.
I
-
Iii
··-
1._ ~
"-..
0,12
'
j'-.,_ "---
~-ei'jrisi
2:: ~ ........1--e...... .............
f0,08
w
0.1754 0.1694 0.1492 0.1219 0,1000 0,0794 0,0629
i'
~I
c:
I HI- H
A -egrisi
0,04
0
10
20
30
40
Temperatiir
•c
~kil 8-17. Omek 8-6'run ~U.
'
Sahife 763, tablo I. (Perry).
50
0
.-, 20
25
30
35
40
H, Kgr. kaljKgr. kuru hava Sekil 8- 18. brnek 8-6 (8- 45) numarah C$itlikteki entegralin grofik ile !;Oztimil.
471
470 35,4 / 20,4
dH
.
---- ==
1,77 olarak bulunur.
Hi-H
kG a= 44,2 ve kG a MG P = (44,2)(29) (I) (8- 45) numarah e$itlikten
G(; =
= 1.2Sl
kgr/(hr) (m') (atm).
4.885 olarak bulunur. Buradan
(1,77') (G(,) z=-kaaMaP
646 1!: 1.281
= 6,75 m
(b) -hLafkaaMcP=-5 oldugu takdirde, operasyon do&rusu tizerinde bu~ Junan bir noktaya tekibiil eden fazlar arast yiizeyin durumu, di8;er bir deyimle bu yiizeye ait de£erler, ~ekil 8- 17'de gOsterilen 9izim yolu He bulunur. 1/(Hi- H)'nm bulunan degerleri ile ,o;;ekil 8- IS'deki B e£risi meydana getirilir. Bu e£:rinin gr~fik yolu ile entegrasyOnu yapthr.
dH
35,4 / 20·4
H i
-Ji
= 2.30
Bulunan bu degerJer kullantlarak dolgulu ktsmm yiiksekligi
hesapl~nn·.
- - (2,3) (4.885) - 8 77 '(1,281) - ' m.
Yubndaki a~tklama ,·e hesaplamalar sogutma kuleleri tQm olmakla heraher, hava ,.e su buhan arasmdaki (iki fazm paralel veya z1t aktmla temasa geldigi) di'{er operasyonlar iQin de kullamlabilirler' Hava-su sisteminden ba§ka sistemler iGin ha/ka Ala P s dogru degildir. Bununla beraber bu gibi sistemler i9in Ita /ka MoP~ bs me\'cuttur ve b, birden biiyiik bir sabittir. Bu bagmtmm kt.llamlmas1, i§lemi iinemli derecede kart§1k bir §ekle sokar. Bununla beraber dcgi§iklige ugrat1hm§ bir metod kul!amlabilir.
=
8-28. Deneysel degerlerden debi katsayllanmn hesaplanmast. Tek bir deney sonncu elde olnnan degerlere grafik 9iiziim metodu uygulanarak debi kat· sanlanmn her iiQii (koa, hL ave ha a) de hesaplanabilir. Yaptlan deneyler sonu cnnda dulgulu ktsmm yiiksekligi, suyun giri§ ve 91k1§ temperaliirleri, hava, su buhan kan 01mmm giri§ ve Q1k1§ temperatiirleri, hava-su buhan kart§1mlarmm giri 0 ,.e Qiklj entalpileri ve rutubetleri bulunur. 1 Atrnosfer basmct altmda ~ah.$an tabii esintili so&utma kuleleri, havanm stvt faza nisbetle c;apraz akmast sebebi ile, bu stmflandtrmaya girmezler. Baca tipi tabii esintili so~ gutma kuleleri, hava aktm debisinin kule yiiksekli8ine bagll olmast, kuleyi terk eden hava ile kuleyi saran hava arasmda yo8;unluk farkmm bulunmast sebebi ile, daha kan~tk yaplh$ gOstermektedirler. Bu tip kuleler igin, entalpi-temperatlir diyagramlanm kullanan bir metod geli$tirilmh>tir. B. Wood and P. Betts, lnst. Mech. Engrs. (London), Proc. Steam Group, 163 :54- 64 (1950).
2
•
J.G. Lewis and R.R. White, Ind. Eng. Chem., 45: 486-488 (1953).
Bu suretle jekil 8-16'daki 1, 3, 8 ve 9 numarah noktalar bulunmu§ olur. Liizumlu degerlerin verilmesi halinde denge egrisi 9izilebilir ve 1 numarah nokta ile 8 numarah nokta birle 0tirilerek operasyon dogrnst: bulunur. -In a/ko aM o P igin bir deger (kulenin her noktas1 kin sabit oldugu kabul edilen) tahmin edilir ve bu tahmin esas almarak 3, 4 ve 7 noktalarmdan geQen (§ekil 8-16) daki egri meydana getirilir. Bu suretle bulunan egri 9 numarah noktadan gegmeyecek olursa -In a/ka aM aP igin yeni bir deger tahmin olunur ve bu i§leme, egri 9 numarah noktadan geQinceye kadar devam edilir. Bu oramn bulunmasmdan sonra, kule i~erisindeki herhangi bir nokta iqin H,- H degeri bulunabilir (1-2, 5-6 vs. uzakhklan). (8-45) numarah e§itligin sol tarafmdaki entegralin sayJSal d~ge:i, grafik entegrasyon metodn uygulanarak bnlunabilir ,.e bu suretle (kaa) mn say1sal degeri elde olunnr. (kaa) nm bu degeri ve -hL a/kaaM a P'nin bilinen degeri kullamlarak ill a hesaplamr. l>o a'mn degeri ha a/ko aM aP = s bagmtJSmdan bulunur \'e bmacla s'nin ortalama degeri kullamhr. Debi katsay1larmm boyle bir metodla bulunabilmesi, §U iki hususun iinceden kabul olunmas1 ile miimkiincliir. (a) Sistemle 9evresi arasmda herhangi bir §ekilde bir 1s1 transferi yoktur ve (b) 1s1 ve kiitle transferinin meydana geldigi, fazlarm temas yiizeyi her ikisi iqin de aymd1r. OldukQa kesin ve hassas degerlere ihtiyag vardll', 9iinkii ~1kan havaya ail degerler denge degerine oldukga yakmd1r Omek 8-7. Ornek 8 · l'de verilen deney degerlcrini vc ktslm 8 · 28'de a~:tklanmast yapllan metodu kullanarak, debi katsaydanm hesaplaymtz.
«;:oziim. Islatdmt> ylizeyli kule i~in fazlarm temas ytizeyi bilindigine gore, debi katsaytlan ile birim hacme dti~en fazlar arast temas yiizeyini birlikte yazmak yerine, debi esitliklerinin bu alan ile be-lirtilmesi miimklindlir. Hava-su buhan kan~tmlannm giris ve <;tkts entalpileri, her aktma ait kun; termometre temperattirleri ve rutubetler kullrintlarak, (8-21) numarah e~itlikten hesaplamr. Kulenin list ktsmmdan giren hava : H 2 = 0,24 (t
+
18)
H, = 0,24 (69,8)
+ (0,45 t + 597,8) (0,001)
+ (0,001) (597,8 + 0.45
X 51,8)= 17.3 kgr.kal/kgr kuru hava
Kulenin alt k1smmdan 91kan hava :
H1 = (0,24)(67,6)
+ (597,8 + 0,45
x 49.6) (0,06)= 53,4 kgr.kal/kgr kuru hava
A (17,3; 52,3) ve B (53,4; 49) noktalanm kullanarak, entalpi- temperatlir diyagram1 8- 19) lizerinde operasyon dogrusu c;izilir. Basm9 762 mm oldugu ic;in 1 atm basmca
(~ekil
ait denge egrisi bliyiik bir yanh~hga sebep olmadan kullamlabilir. Havanm girl~ temperatiirii ve hava klitlesinin esas temperatiirli de bu diyagrama (C noktas1) konur.
472
473 - h d kG M G P = - 2 degerini kullanarak, operasyon dof:rusu iizerindeki H de~ gerine tekiibi.il eden H 1 de8;eri bulunur. A$al:tdaki entegralin degeri ise,
_ !H' __ dH__ Ht H,-H
=
JHt __..'!!!_ H, H,-H
grafik metodu ile 1,35 olarak hesaplan,.tr. A = 0,09828 m'2 (Ornek 8 ~ l'e bakmtz) ve G(; S (0,088) (60) 5,28 kgr 'kuru hava/saa.t olarak formtilde~i yerlerine konur.
=
=
(1,35) (5,28) , \0,69sis)= 2,5 mo1-kgr/(hr) (m) (atm)
ka= ( 29 )\l,O)
ilL=
(2) (2,5) (29) (1,0) = 145,0 kgr.ka1/(hr) (m') (0 C)
Rutubetli (nemli) lSlnm
ortalam~
Kulenin list ktsmmda
s, =
de8;eri :
0,24
+ 0,45
W
= 0,24
+ 0,45
X
0,001
= 0,24 kgr.kal/(kgr kuru hava) ('C) Kulenin alt ktsmmda
s, = 0,24
+ (0,45) (0,06) = 0,267 kgr.kal/\kgr kuru hava)
(°C)
s (orta1ama) = 0,254 kgr.ka1/(kgr kuru hava) (°C) 10~~~~---L~L__J
48.5
49
49,5
50
50,5 51
___ L_ _L_~ 51,5 52 52,5
Temperatlir oc Sekil 8- 19. Ornek 8-7
/
Ilk deneme. -IlL fka McP = -2 olsun. A noktastndan ba$layan, e&imi -2 olan ilk baB:Ianti dogrusu !;izilir ve D noktast bulunur. Havamn bu i$lem boyunca durumu, C noktasmdan ba$laytp D noktasma uzanan bir dogru ile gOsterilir. 19,4 kgr.kal/kgr de~erine (E noktast) ul~mca F noktasmdan yine egimi - 2 alan yeni, bir ba8lantt do~rusu (2 nu marah) ~izilir ve bu suretle G noktas1 bulunur. $imdi havanm durumu, E ve G noktalarmdan ge9en dogru tizerinde hareket ederek H noktasma gelir. 2,78 kgr.kalfkgr de~erinde entalpi farktan (artmalan) kullamlarak 53,4 kgr.kaljkgr degerindeki entalpiye (J noktast) ula$IOCaya kadar bu i$1eme devam olunur. Bu noktada temperatlir 49,7°C'dtr ve problemde verilen de8;ere oldukc;a yaktn bir de~er oldu8;u gOriiliir. Buna gOre ba&lantl doArularmm e~imi i!rin tahmin etmi!) oldu&umuz - 2 de&erinin dogru oldu&u gOriilUr. Havanm takip
ettigi hakiki yo1un
(CEH ...... J
egrisi) egimi o kadar
yava~ degi~mektedir
ki, 2,78 kgr.kal/kgr
de8erinden daha btiyilk de8erdeki artmalar da hemen hemen aym son~cu verebilir. Bu hal ic;in (8 ~ 45) numarah
e~itlik a~a&tdaki
$ekiJde yazthr.
Yukandaki _e!)itlikte A, fazlann temas yiizeyi olup, tslatllmt$ yiizeyli kolonun ic; yilzeyidir ve G GS kgr. kuru hava/saat birimine sahiptir. E$ yOnlti aktm sebebi ile entegralin Online eksi i$areti konulmu$tur '(kule tabanmdan z yiiksekliiii:indeki bir diferansiyel element dA ic;in, alamo bliyiimesine kar$thk hava entalpisinin kiic;Ulmesi sebebi ile).
Buna gore, ha = (0.254) (2,5) (29) (1,0) = 18,4 kgr.ka1/(hr) (m') (°C) Yukanda butmu$ oldugumuz kiitle transfer katsaytsmm de£:eri ile Ornek 8 ~ l'de he~ saplamt.$ oldu~umuz- de8eri (stvt kiitlesinin esas temperatilrli ile temas yilzeyi temperattirli~ olin aym oldu&unu kabul eden ve stvmm ortalama temperatilrlinlin kullamlmast mecburi~ yetini ortaya koyan) kar-ala<;;ttrdt&tmtz zaman bu tahminlere nisbetle iyi bir sonu9 ahndt8;t gOriiliir. CEHJ e8risi operasyon dofi;rusunu. temperaturun 5l,3°C oldugu noktada, keser. ktsmm iistiindeki kule klsmmda gaz temperatlirli stvt temperatiiriinden daha azdtr. Bu mm altmdaki kule ktsmmda ise gaz temperatlirii stvt temperatliriinden daha yliksektir. durum $Ckit 13'de gOsterilmektedir.
Bu ktsBu ,
8-29. Dolayh sogutma ile nem giderme. HaYa- su buhan kan~mumn rutubetinin azalttlmast genellikle bu kan~tmt, temperatiirii ~ebnem temperatiiriiniin altmda alan bir metal yiizeyi ile temasa getirmck sureti ile yapthr. Bu ~art Jar altmda metal yilzeyi iizerinde yogunla~mi~ bir stn tabakast meydana gelir. Bu olay hava - su buhan kan 0tmmm esas kiltlesinden su buhanmn, gaz. St\"t temas yiizeyine transferi ~eklinde dii,iinillebilir. <;:iinkii kan~mun esas kutlesi ile fazlarm temas yiizeyi arasmda ktsmi basmc; farkt ,·ardtr. Komponent transferi ile aym yiinde hissedilir Ist transferi de meydana gelir. Fazlar arast temas yiizeyine transfer alan hissedilir tst ve su buhannm yogunla~mast ile a~tga Gtkan gizli tst. kondensat ve metal tabakalanm ge~erek sogutma suyuna transfer olur. Colburn ve Hougen 1 bu ~ekilde meydana gelen bir olaya uygulanabilecek gene] bir metod bulmu~lardtr. Ist transferine sogutma suyu, metal duvar ve kondensat tabaA.P. Colburn and O.A. Hougen. Ind. En.fl. Chem., 26: 1178- 1182
(19~:.1 1.
474
475
. kasmm gostermi§ oldug;u direncin, hava - su buhan tabakasmiu gostermi§ oldug;u dirence nazaran ufak oldu11;u dii§iiniiliilebilir ve bu durumda olduk<;a basitle§tirilmi§ bir eoziim yolu kullamlabilir'. 8-30. . Piiskiirtmeli nemlendinne ve nem gidenne cihazlan i~in debi kalsa· ytlan. Bu tip cihazlarm yaygm bir §ekilde kullamlmalarma kar~Ii1k, cihazlarm <;ah§malan ile ilgili pek az yaym vardn". Bu sebeple de herhangi bir bagmtl mevcut degildir. Degi§ik su debisi ve basm<; SJmrlan i<;inde <;ah§an 9e§itli tipteki piiskiirtme emzikleri i<;in, hissedilir lSI transfer katsaylS! (ha a) bilinmekte ise, daha evvel yapntl§ oldugumuz a<;Iklamalar (yo11;unla§ma sonucu meydana gelen SIVI damlaciklari i<;erisindeki temperatiir farkmm ihmal olunabilece11;lni kabul ederek) gerekli cihaz buyiiklii11;iinii hesaplama imklinm1 vcrir.
Bir deney cihazmdan elde olunan bagmll a§agida gosterilmektedir 3• ha a
=
0,01157 G~ 5
(8-49)
Yukandaki e§itlikte ha a, kgr.kalj(m2 )/(hrWC) birimine sahip hissedilir lSI transfer katsayisi ve GL , kgr/(m'){hr) birimine sahip piiskiirtiilen su debisidir. Yuka: ndaki \>al1;mt1 hava ve suyun paralel olarak aktll1;1, bir s1ra piiskiirtme emzikleri kullamlarak elde olunmu§tur. Volumetrik lSI transfer katsaylSlna ait degerin, havaya ait kiitlesel h1zm 5.850 ila 11.712 kgr/(m•)(hr) oldug;u arahkta, ha.·sas olmamgi bulunrnu§tur•. Suyun debisi ise 683 ila 4.002 kgr/(m")(hr) degerleri arasmda de11;i§ebilir'. K1s!m 8-21'de a<;Iklamasi yapilan piiskiirtme tipi cihazlar genellikle 60 ila 180 m/saniye hava luz1 ile <;ah§Irlar. Piiskiirtiilen suyun miktan ise havamn her m' hacmi i<;in 0,167 ila 1,0 lt/dakika'dir. Su 1 ila 2,1 kgr/cm• basm<; altmda 9ah-. §an emziklerden piiskiirerek <;ok ufak damlaciklara par<;alamr. Ekonomik sebeplerden dolay1 bu cihazlann yiikseklik ve geni§liklerinin genellikle e§it olmas1 istenilir. Bununla beraber olduk<;a farkh durumlarla kar§Iia§Ilabilinir. Piiskiirtme emziklerine ait malarm say1 ve uzunluklan onemli derecede del1;i§ir. Genellikle 65 em arahkla piiskiirtme emzikleri kullamhr.
•
1
T.K. Sherwood and R.L. Pigford, «Absorption and Extractions, McGraw-Hill Book Company, Inc., New York (1952), sahife 106-111. 2 Heating Ventilating Air Conditioning Guide (1954), sahife 773-775. 3 Walker, Lewis, McAdams and Gilliland, r:Principles of Chemical Engineering», McGrawHill Book Company, Inc., New York (1937), sahife 607. • 5.581,2 ilii 11.702,4 kgr/(saat) (m') • 682,64 ila 3998,32 kgr/(saat) (nr)
8·31. Piiskiirtme havuzlun i~ debi kalsaytlan. Piiskiirtmeli nemlendiricilerde esas gii.gliik, piiskiirtlne emziklerinin ga)I§malart ile ilgili bilgilerin olmamasidu. Bunlar arasmda ozellikle SIVl damlaciklarmm birim hacrninin yiizeyi, en <;ok iinemi alan biiyiikliiktiir. Cihazm: <;ah§masma tesir eden diger faktiirler, ernziklerin havuz yiizeyinden yiikseklikleri ve piiskiirtlne havuzu iizerinden esen riizg!Um h1ztdu. Endiistride genellikle piiskiirtme emzikleri suynn yiizeyind!>n 1,5 il!l 3,5 m yukatula ytlr aln ve her emzik igin 95 ila 200 ltfdakika degerinde su debisi kullamhr. Emzikler, havuzun her m0 'sine 4 ila 16 ltfdakika debide sn piiskiirtiilecek §ekilde yerle§tirilirler. Suyun emziklerden piiskiirme basmct 0,35 ila 0,5 kgrfcm• arasmdadu. Tablo 8-3'de genellikle kullamlan piiskiirtme havuzlan ile ilgili bilgiler verilmektedir*. Tabla 8- 3. PUskUrtme havuzlan ile ilgili bilgiler Konvansiyonel pilskUrtme sistemi
...............
Her bir emzik i~in su k.apasitesi Emzikleri tq1yan bOrunun her 3,6 m'sindeki ~mzik say1s1 ............................................ Emziklerin su yiizUnden yiikseklikleri ......... Emzik basmc1 ........................................ Emziklerin ve emzik kollannm boynUan Emzikleri tq1yan borular al:asmdaki uzakhk.. Emzikleri lqiyan borulann bavuz kenanndan uzakh~I ............................................. Parmakhkh duvar ytiksekli~i Havuz tabanmm derinlili ........................ Emzikleri tq1yan borunun her 30 m'si i9iD sllrtlinme kayb1 (miisaade olunabilen) ......... Rllzgjlr hm
·-·
Oouooo~••••••!'''
............................................
I Birimlerl
Normal
lt/dak.
130-190
...
j Minimum [ Maksimum
230
95
m .ksr/crri' mm m
6 1,8 0,42 50 7,5
1,5 0,35 37 4
m m m
4,5-6 3,6 1,2-1,5
4,5 3,6 0,6
m km/saat
0,3-1,0 8
4,8
4
6 3,6 0,5 50
u.s '7,5 3,6
•
8-32. Mekauik esintlli soptma kuleleri i~ debi katsaytlan. Ge~itli tipte dolgn maddeleri ile doldurulmu~, ufak kapasiteli so~tm11 kuleleri ile ilgili olduk<;a fazla say1da deneysel bilgiler vard!r'. Deneysel bilgilerin incelenmesi, • Heating Ventilating Air Conditioning Guide (1954), sahife 783. Aynca J.W. Langhoar, Ch•m. Eng., 60 (8): 194- 198 (1953). '· LUzumlu bilgiler W.l\f. Simpson and T.K. Sherwood, Refrig. Eng., 52 : 535- 543, 514. S?S (1946)'da bulunabilir. Buna illvetcn N.W. Snyder, Heating, Piping and air Conditioning, 21:111-118 (1949); W.F. Carey and G.J. Williamson, 1nst. Mech. Engrs. (London). Prtie. Steam Groilp, 163 : 41 -53 (1950); J. Jackson, •Cooling Towers>, Butterworks Scion· tif'~e Publications, London (1951).
476
477
(8-44) numarah e§itligin (klSlm 8-8'de a~tklamas• yaptlan meloddan ziyade) degi§tirilmi~ §ekli olan a§alitdaki e§itligi esas ahr.
(8- 50) Yukartdaki .e§itlikte HL , stvl I,iitlesinin esas temperatiiriinde doymu§ havanm entalpisidir. Ka , HL ile belirli kthndtgt i~in, H, ile belirli kthnan ka'den farkil
k 0 a = Ka a olur. Egim belirli bir sayt oldugu takdirde H,-:- H, H L- H'den daha kii~iik ve koa ise Koa'dan daha biiyiiktiir (§ekil 8-16'ya bakmtz). Bununla beraber denge egrisinin, dar bir temperatiir arahgmda lineer oldugu loabril edilecek olursa, (8-44 ve 8-50) numarah e§itliklerden faydalamlarak a§agtdaki e~itlik yaztl'lbilir
Aga~ parQalan (lata) ile 3,5 m yiiksekligine kadar doldurulmu§ 1,80 X 1,80 m boyutlarma sahip bir ytkama imlesinde zorlanmt§ esinti kullarularak elde olunan deney sonuQlan, sabit gaz aktm htzt G 0 almmast ve K 0 aM 0 P degerinin'ordinata, Ga degerinin ise absise yerle§tirilmesi sureti ile §ekil 8-20'de gosterildigi gibi ortaya konulabilir'. Ozel dolgu maddesi ve su dagttma sistemi kullamlarak bulunan kiitle transfer katsaytst KaaMaP, yakla§tk olarak GLD.< ve Ga0' 5 kadar degi§ir. Sabit stvl ve gaz debileri takdirinde, suyun giri§ temperatiiriiniin artmast halinde kiitle transfer katsaylSlnm azalmas1 sebebi ile, suyun giri§ temperatiiriiniin kiitle transfer katsaytlan iizerinde bir tesiri oldugu bilinmektedir. Kii~iik boyutlu sogutma kuleleri genellikle, biiyiik boyutlara sahip olanlara nisbetle, daha yiiksek kiitle transfer debisi saglamaktadlf. Buna sebep olarak kana! te§ekkiilii ve s1v1 fazmm diizgiin bir §ekilde dagitllmamast gosterilebiJir'·'. Endiistriyel sogutma kulelerinde kullamlan dolgu maddelerinin ~ali§mala rma ait bilgiler olduk~a azd1r ve kule imftl~t9Iian tarafmdan gizli tutulmaktadlf.
ve k ajK 0 a'nm sabit oldugu dii§iiniilebilir 1• Denge egrisine ait egimin degi§· 0 mesi sebebi ile K 0 a katsaytsmm degeri bir temperatiir bolgesinden digerine
ADJ,ANDIRMA A a
ge~mek. suretiyle ekstrapole edilemei'.
aH
0
Jj v -
-
0
_..... t--"
0
s
...,..::.-
_. """
....
,..
~ _...--
aM
C = sabit veya
D
I I
G~
h
ho
9760
G,
hL
h,
Sekil 8 - 20. Aial' par>,Ian (lilta) ile doldurulmu1 sotutma kulesine ait ttim ktitle transfer katsaytlan.
I 11
W.K. Simpson and T.K .. Sherwood, Refrig. Eng., 52 : 537 (1946). W.H. Me Adams, cHeat Transmission», Me Graw-Hill Book Company, Inc., New York (1954), sahife 359. 1
J
m
GM = gaz fazma ait yUzeysel debi, mol·kgr/(hr) (m')
H
•
kaJ?asitesi, kgr.kalj(kgr) (°C)
G = yiizeysel (yiizeye ait) debi, kgrf(hr) (m2)
~
'MIOO ~o-990
=~ap,
-Ist
Dv = difiizyon katsaytst, m2 /saat
" =3142 7 2
0
..W~'lQla
yUzeyi, m1.jm 3 = birim hacme dti$en tst transfer alam (fazlarm temas .ytizeyinde), m2 /m 3 = birim hacme dii$en kiitle transfer alam (fazlarm temas yiizeyinde), m~/m3
B = difiizyon yolunun uzunlu~u, m
........
5
= faz].arm temas yUzeyinin alam, nr = birim hacme dti~en fazlann · temas
3
= sadece
t~tytct gaz esas almarak hesaplanan klitlesel debi. kgr.kuru havaf(hr) (m") = eotalpi, kgr.kal/kgr kuru hava = stvl faztn entalpisi, kgr.kal/kgr = gaz faza ait "' transfer katsay1Sl, kgr.kal/(hr) (m") (°C) = stvt faza ait tst transfer katsaytst, kgr.kal/(hr) (nr} (°C) radyasyoola 1s1 transferine ait katsayi, kgr.kal/(hr) (m") ( 0 C)
=
J. Lichtenstein, Trans. ASME, 65 : 779 · 787 (1943). Simpson and Sherwood, foe. cit. Carey and Willianson, foe. ell.
D.Q. Kem, «Process Heat Transfer•, Me York (1950), sahife. 599-601. 4
Graw~Hill
Book
Company, Inc., New
479
478 Altlrklar
J 0 ; == ktitle transferi ir;in j faktOrti [(8- 18) numarah e~itlik]
= a ve b komponentlerine ait btiyiikltigli G = gaz faza ait biiyliklii&ii gOsterir i = fazlann temas yiizeyine ait biiyliklli&ti L = stvt faza ait btiyliklti&li gOsterir
KG = gaz fu7.a ait tUm kiltle trans~er katsaylSI, m,ol-kgrj(hr) (m
a, b
= konsantrasyon
birimleri ile_ ifade olunan {itici giir; ir;in), gaz faza ait kUtle transfer katsaytst, mol-kgr /(hr) (m2 ) (mo1-kgr /m 3) ka = kisml basmr; birimleri ile ifade olunan (itici giir; ir;in) gaz faza ait kiitle transfer katsaytst, mol-kgr(hr) (m:Z) (atm) L = stvt fazm aktm debisi, mol-kgr/hr
kc
s
aibrhgt (hava-su buhan
v = buhar-gaz kart!jtmmda buharm molekiil
N n
= ki.itle transfer debisi mol-kgrfhr = transfer alan komponent miktan,
= doymu~
w =
kan!jtmt takdirinde hava) M
1, 2
agtrhC~
y~
buhar- gaz kan~tmtnt ve adyabatik doyurma durumunu gOsterir
termometre durumunu gOsterir
= cihaz
veya faz i9erisinde belirli bir yeri gOsterir
mol-kgr
P = toplu basmr;, atm. p
PROBLEMLER
= ktsmi basmr; atm.
q =
tst
transfer debisi, kgr.kal/hr
8-1. 760 mm total basmc1 esas alarak, hava-etil alkol sistemi i9in asa8tda istenilen ba8mhlan hesaplaymtz veya bulunuz.
R = gaz sabiti (1:3) nolu e!;itlik
Re = Reynolds saylSl S bo~ kulenin kesit alam, m 2 s rutubetli tst, kgr.kal/(°C) (kgr kuru hava)
= = T = mutlak
temperatlir
t = temperatiir, °C t'
= stvf fazm
-
esas temperatiirti, °C
= rutubetli
= moleklil hacimleri (8-13) numarah = rutubet, kgr.sufkgr kuru hava w = su)run klitle transfer debisi, kgr/hr x = stVI faz bilel}imi, mol fraksiyonu
W
y = gaz faz bile."iimi, mol fraksiyonu
z = yUkseklik,
m
% 10, %50 ve ·o/o 100 i9in ytizde rutubet e&rileri
(b)
Doymu~
hacim- tempetatiir eSrisi
(c) Entalpi, temperatiir ve rutubet arasmdaki baSmtt. Bunun i9in 0°C'da alkol ve 18°C'da hava esas ahnacakttr.
Rutubetli tst-rutubet ba&mhsi
(e) Adyabatik doyurma temperattirii 26,7°C olan hal ic;in adyabatik soSutma do&rusunu c;iziniz.-
haf=im, m 3fkgr kuru hava V = Ozgiil hacim, m3 /kgr
V a' V b
(a)
(d)
V = gaz fazm debisi, mol-kgr /hr
V
gOsterir
m = logaritmik ortalamayr · gOsterir
M = moleklil a8trh~t M G = buhar-gaz kan~ammda ta~tytct ga.zm molekiil
gOsterir
el}itlikt.eki
(f) Ya~ termometre temperatiiriiniin 26,7°C oldu&u hale ait ya$ termometre do8rusunu 9iziniz.
1/dve bilgiler 1 atm. basm9ta etanollin Ozglil
Etanollin
buharla~ma
gizli
ISISI
= 0,38
tSISt :
Yunan Harfleri Temperatiir, °C
6 = zaman, saat
). = buharl~ma
20,0 gizli tstst, kgr.kal/kgr
40,2
tl. = viskozite
60,0
p =YO~unluk
78,7
¢ = fonksiyon
100,0 120,4
Gizli
tsl,
kgr.kalfkgr
218 215 211 205 194 182
481
480
25.200 kgr..kal/~aat kadar oldugu kabul edilmektedir 1. Vantilasyon i\=in gOnderilen havanm debisi 57,24 m3 /saat'dtr.
Etanoltin · buhar basmct 1 :
1'emperatti~ °C mm ----1.11 4,44 10,00 15,60 21,10 26,70 32,20 38,00
8-2.
.
I
I
Bas me; Hg (mutlak) 11,0 16,2 23,5 33,5 47,0 65,0 88,8 119,6
I
TempCrattir
oc
43 49 54 60 66 71 77 78,7
I I
Bas me; !IlDl Hg (mutlak) 159,2 209,5 272,6 351,2 484,4 567,4 711,7 760,0
1 atm. basmc;ta bulunan hava-su sistemi i~,;in :
(aJ Ya~ termometre tl!mperatlirti sabit ve 15,6°C olan bir seri kan!j:tm ic;in, rutubet ve kuru termometre de~erlerini hesaplaym1z. (b)
a k1smmda hesaplanan noktalar ic;in entalpi de~erlerini bulunuz.
(c) 14,7 kgr.kal/kgr kuru hava (15,6°C da doymu$ kan!j:tmm entalpisi) de8;erine te· klb\il eden rutubet ve kuru termometre temperatiirlerini hesaplaytmz.
8-3. 18,5°C derecede bulunan su, ic; c;apt 50 mm ve et kahnldb 4 mm olan yatay bir borunun ic;erisinde 2,5 mfsaniye htzla akmaktadtr. Bu boru, hava ve c;evresi 32,2°C olan bir odada bulunmaktadtr. Havanm rutubeti 0,0209 kgr. su buhanjkgr kuru hava'dtr. <;evreden horunun dt~ y'Uzeyine radyasyonla transfer olan tsmm, tst transfer katsaytst (kls•m 4-20'ye bakmlz) h, = 4,88 kgr.kal/(hr) (m2 ) ( 0 C) oldugu. k~bu1 edilebilir. Bu durumda boru yiizeyinde bir yoitunla,manm meydana gelip gelmeyece~mt bulunuz.
84. Bir kanal i9erisinde 1 atm. basiD~¥, altmda akan, hava-karbon tetrakloriir kart$1mmm kuru termometre temperatiirii 49°C, ya., termometre temperatiirii ise 26,7°C'dtr. (a)
lfS. Bir oda 26,7°C derece ve % 50 rutubette bulundurulmaktadir. ~~ .dt$tnd~i havarim kUru termometre temperatiirii, 32,2°C ve ya$ termometre temperattiru tse 24 C derecedir. Hava tarafmdan kazamlan hissedilir tsmm 50.400 kgr.kaljsaat, gizli tsmm ise American Petroleum Institute Research Project 44, cSelected Values of Properties
(a)
Odaya giren so8;utulmu, havanm rutubet ve hacmini (m3/dakika) bulunuz.
(b)
Devreden havanm fraksiyonunu hesaplaymtz.
(c)
So~utma
yi.izeyi vasttast ile
UZ"".tkla~tmlmast
gereken tUm tstyt (kgr.kalfhr) hesap-
Iaymtz.
8-6. 700 mm basml,; altmda hava-su sistemi ile \=ah~an laboratuar tipi tslattlmt$ ytizeyli bir kolondan, klitle transferi He ilgili deneysel dejerler elde olunmaktadtr. Islattlmt$ ytizeyli kolon sabit sivt ternperattirtinde-adyabatik nemiCndirici gibi s:alt~maktadtr. 26,7°C derecede bulunan ve 0,005 kgr su buhan/kgr kuru hava degerinde rutubet ihtiva eden bastmlmt~ hava kullamlmaktadtr. Cevreden kalona tsr transferini minimum bir deB,er dti,iirrnek i\=in, oda ternperatiirtinde (24°C'da) bulunan su kullamlmast istenilmektedir. Buna gOre kalona giren hava hangi temperatUre kadar ISttdmahd1r? S-7. Ztt aktm ve zorlanmt$ esinti ile 9ah$an bir soSutma kulesinin, suyu 49°C'dan 29,4°C dereceye soSutmast istenilmektedir. Suyun debisi 0,910 m 3 /(hr) (ttr kule kesit alam) dtr. (a) Kuleye giren havanm ya$ termometre temperattirii 21,1 °C ise, kullamlan havamn minimum debisini hesaplaymtz. Hava debisinin artmast ile liizumlu kule yiiksekliginde meydana gelen de&i$meyi, entalpi-temperattir diyagrammt kullanarak, inceleyiniz. (b) Havanm suya oram 0,8 kgr/kgr oldu&u is:in, giren havaya ait ya$ termometre temperati.iriiniin liizumlu kule ytiksekli&ine tesirini kantitatif olarak inceleyiniz.
S-8. Mekanik esintili bir so&utma kulesi 56.600 kgr. kuru havajsaat debiye sahip hava kullanarak bir saatte 68.000 kgr. suyu 43°C'dan 29°C dereceye so&utmaktadtr. Havamn ya~ termometre temperatiiri.i 24 °C derecedir. ha af kn aM G P'nin sonsuz oldu8;unu kabul ederek, ltizumlu transfer iinitelerinin saytsmt hesaplaytmz. Transfer iiniteterinin saylSl
Kan$tmm karbon tetrakloriir miktarmt kgr. CC1 4 /kgr hava olarak hesaplaytmz.
(b) Kan$tm, 15,6°C derecede terk etti~i bir so~utucudan ge~ririlip doygun hale getirilmektedir. Buna gOre ilk kan,tmm 1000 m 3'den elde olunabilecek CC14'Un kUtlesini kgr olarak hesaplaytntz.
•1
Havamn rutubet ve temperatilrtini.i dtizenleyen cihazdan 91kan hava ile, ada is:erisindeki havamn temperatiir farkmm 10°C olmast istenitmi$tir.
= j ~2 H :!!_ H
8-9. 1~ s:apt 510 'mm olan bir kule, 51 mm'lik seramik halkalarla doldurulduktan sonra sogutma kulesi olarak kullamlmaktadtr2• Hava ve suyun ztt aklmla akmalarx istenilmektedir. Bu kulenin ~rah$tlnlmasmdan elde olunan degerler a~a~tda verilmi~tir. Bu dertemeye ait kiitle ve tst transfer katsaytlanmn ortalama de~erlerini hesaplaymtz. 1 Rutubet ve temperati.irii dUzenlenen bir yer tarafmdan kazamlan rutubet, genellikle rutubeti yo~unla,ttrmak is:in sistemden uzakl~tmlmas1 gereken tsmm C$deh\er mikdan olarak ifade olunur. Bu i$lemde ortalama gizli tst 572,8 kgr.kal/kgr su olarak ahmr. Buna kazantlan gizli tst adt verilir. 2 W.M. Simpson and 1'.K. Sherwood, Refrig. Eng., 52 (6): 543 (Dec., 1946).
of Hydrocarbons.• 1953.
1.
.;:atalt~
-
Kimya Mtihendisl@ne
Giri~
F .31
482
483 Denevtlen elde <;ah~ma basmc1
=
oftii!W!
hi/gilt•r
760 mm Hg. mutlak
Dolgulu k1smm derinli~i
=
485 mm
Su debisi ve temperatlirter : Kulenin list k1smmda debi = 7.325 kgrj(hr) em:) Giri~
temperatiirli = 49°C
GAZ ABSORPSiYONU
<;; 1k 1$ tc:mpenlttirii = 39.3 oc Havamn temperatlirleri : Giri~te kuru termomctre temperatlirU = 3_2,6°C Giriey;te ya~ ter~ometre
<; 1ki!1ta kuru Ctki~ta ya$
temperatlirii = 17,5°C
termometre temperatiirii
termometre
= 42,2°C
temperattirii = 41.5°C
8-10. 'Atmosfer b~smcmda ~:.th$an Ye paralel aktm (hava ve su i<;in) kulla~an. bir p~s kiirtmeli ytkaytCI 15,6oc derecede su ilc c;ah$maktadir. Hav~ ve suyun deb!len Sira tic 283 'm3fdakika ve 0,910 m3jdakika'dir. Havanm giri$ amndakt kuru tern:ometre te~per~-. ·· ·· 4 ,4oc derec edir . 11 L a/ka a Ma. P oranmm 5 e , c»tt tiirii 10oc ve YM termometre tempe:raturu ·oldugunu kabul ederek asagtdaki hususlan ccvaplandmmz.
(a)
Bolum 9
Ylkaytctyt terk eden havar.un temperatiir ve rutubetini hesaplaymtz.
(b) Su buhan ile d~ymu~ olan ve suyun ~1k1~ temperati.irlinde bulunan havanm (<;Jkan) enta1pisindeki hakikl artmanm . teorik artmaya oramm hesaplaymtz.
9-1. Konuya gir~. Bu biiliimde, bir gaz kan<;Immda bulunan komponentlorden birini, bu gaz kan<;Immt bir SIVI faz ile temasa getirmek ve biiylece gaz Imn<;Immdan uzakla<;tirmak anlamma gelen, gaz absorpsiyonu incelenecektir. Endiistride gogu zamim gaz kan<;Immdan iki komponentin uzakla§tmldigi da olur, fakat bu durumun incelenmesi konumuzun kapsamma girmeyecektir. ilk once dolgulu kuleler, dolgu maddelerinin tipleri, dolgulu kulelerin yapih<;lan ve ala<;kanlarm kulede kar§Ila<;tiklan direng gibi konular giiz iiniine ahnacaktlr. Bundan sonra iki faz arasmda kiitle transferinin en basil §ekli olan, izotermal gaz absorpsiyonu teorik prensipleri iizerinde durulacaktir. Aynca gaz absorpsiyonuna ail kiitle transfer katsayiian ile ilgili bilgiler giizden gegirilecektir. Dolgulu kulelerin diger iinit operasyonlara uygulani§I da bu boliim igerisinde yer alacakt1r. . Kimya endiistrisinin ilk yillarmda absorplanmas1 istenilen gazlar genellikle azot etmemi§tir. 9-2. Kule dolgu malzemelerinin ozellilderi. Absorpsiyon kulelerinde dolgu maddesi olarak kullamlan malzemeler a§ag1daki ozelliklere sahip olmahdirlar. 1. Birim haemin agtrltgt az olmaltd~r. Bu husus sadece k~e tarafmdan la§macak tlim ag.rhga tesir etmekle kalmaz, aym zamanda kulenin projelendiriJ, mesine de tesir eder. Kule i9erisine geli<;igiizel ati!an dolgu malzemeleri kule duvarlarma basmQ yapar ve birim haemin agirhgi da fazla olursa, kule yaprm fiatma tesir edebilir. ·
484 2. Birim haemin aktif yuzeyi fazla olmaltd1r. Bu konuda fazla bir§ey siiylemeye liizum yoktur. 3. Serbest kesit alam buyiik olmaZ.d~t. Bu husus iinemlidir, c;;iinkii kule ic;;erisinde meydana gelen· basmc;; dii§ii§iine ve dolay!sl ile gaz sirkiilasyonu ic;in gerekli vompa giiciine tesir edei. Bundan ba§ka serbest kesit alamnm kiic;iik olmasl, gaz alam lnzmm bu serbest lasimlarda artmasma ve belirli bir limitin iizerinde, SIVI fazm kule ch§ma atilmasma sebep olur.
~. Serbtlst hacim buyuk olmal1d1r. Azot oksidlerinin absorpsiyonu 'gib~ gaz fazda reaksiyon ic;in zamana ihtiyac;; giisteren hallerde, bu faktiir iinemli olabi\ir. Di~er hallerde pek fazla bir iinem ta§lmaz. 5. . Dolgu malzemesi tarafmdan tutulan SIVI ag~tZ.i!• az olmal1d1r. Bu, ge·nel olarak htenilen bir hususdur, c;iinkii kule yiikiiniin azalmas1m ve stVl fazm kuleden miimkiin oldu~u kadar c;;abuk bir §ekilde uzakla§hrilmas•m sa~lar. Gazm SIVl faz ic;;erisindeki c;;oziiniirlii_giiniin az ohnas1 veya gaz fazla SIVI faz ara. smda ineydana gelen reaksiyonun yava§ olmast halinde bu, arzulanmayan bir · ozelliktir. Asid· .kulelerinde dolgu malzemesi tarafmdan tutulrui SlVl miktarmm ,az olntas1 genellikle istenilir, c;iinkii bu takdirde kulenin bo§alhhnas! esliasmda daba az latza olur. Yukartdaki iizel)iklere illlveten dolgu malzemelerinin fiah l:~UZ olmali, belirli bir mekanik mukavemete sahip bulunmah, temasa geldigi gaz ve s1vt fazlarla kimyasal reaksiyona girmemelidir. 9-8. Dolgn malzemelerlnln tipleri. Endiistride pek c;;ok saytda ve de~i§ik tipte ·dolgu maJzemesine rastlamak miinlkiindiir. Buulan a§a~d,aki §ekilde .stmflanchrabiliriz. 1. Tahta par!)alar~ (ldtalar) Buular absorpsiyon c;;ozeltisinin niitral, hafif asidik veya bazik olmast· halinde laillanilabilirler. Buularm tipik yapili§lan lastm 8-23.de aglklanmt§trr. Tahta hafif ve ayt11 zamanda ucuz bir dolgu malzemesidir. Buular daha c;;ok dikdiirtgen keside sahip kulelerde kullan1hrlar. 2. Kmlml§ ta§lar. 1lk dii§iiniilecek dolgu malzemesidir, c;;iinkii kolayhkla bulunabilirler. Fakat inert olamm bulmak her zaman kolay ohnaz. Bu dolgu malzeineleri b!IZI istenilmeyen iizelliklere sahiptirler. Buularm ba§h~alarJ., a~r' hklar•mn fazla olmas1, birim hacme ait yiizeyin ve serbest kesit alanlartmn oldukc;;a ufak olmas1d1r. Halen en iinemli kullanilma alanlan; siilfat asidi iiretimin-de Glover kuleleFinde kullarijlan larilm•§ lqtartz ve siilfit selliilozu ic;;.in liiz\llnlu c;ozeltinin h!IZlrlanmasmda laillamlan .!arilml§ kirec;; .ta§Idrr. lkinci laillanllina yerinde, kulede te§ekkiil eden c;;ozeltinin kirec;; ta§l ile reaksiyona girmesi istenilir ve biiylece, iki operasyon birle§tirilmi§ olur.
485 3. Kok· kiimurii. Kok kiimiiriiniin faydah yiinleri hafif ohnast ve birim haemin biiyiik bir yiizeye sahip bulunmas•chr. Zararh yonlerl ise, serbest kesitlerinin ufak ohriaSI ve bir klSlm komponentlerinin pek az da olsa c;;oziinerek c;;Ozeltiye gec;;mesidir. Aynca larllgand~r. Kokun yiizeyi iimit edildi~ kadar biiyiik deJti].dir, c;;iinkii giizeneklerinin pek c;;ogunun ufak ohnas1 sebebi ile buular stVl ile tamamen doldurulurlar veya bir film tabakast ile iirtiiliirler ve bu sebeple, s1vt fazla gaz fazmm temasmda bir rol oynayamazlar. Kok komiirii ucnz ve ayrit zamanda kolayhkla bulunabilir, bu sebeple ufak ve basit operasyonlarda iyi sonuc;; verir. 4. Topraktan yap1lmt§ malzemeler. Pek c;;ok gaz absorpsiyonunda c;;oziicii olarak asidik c;;iizeltiler kullanllinaktachr. Bu gibi durumlarda. en iyi sonuc;;, seramik veya yine topraktan yapilim§ ve pi§irilmi§ diger dolgu malzemeleri iie ahmr. Buulann laillanild•w alanlar c;;ok geni§ ve §ekilleri c;ok farkltchr. Absorpsiyon lruleleri dikdortgen §eklindeki tu~\alarla doldurulabilir, fakat buular fazla agrr ve birim hacimlerinin yiizeyi de azc;hr. Bununla beraber serbest hacimleri ve serbest kesit alanlan biiyiik olacak §ekilde bunlW:t knl.e ic;;eririsine yerle§tirmek miimkiindiir. Buularm pek de~§ik §ekillerde yapilmalan dii§iiniilebilir, fakat bu konunun daha fazla ac;;tklanmasma liizum yoktur. 4a. Raschig halkalan. Kule dolgu malzemesi olarak en fazla kullanilan tiptir. Yiiksekli~ <;;apma e§it silindirik halkalardan ibar~t olup, duvarlarlDID kalnili~ yapilch~ maddenin miisaadesi nispetinde incedir. Seramik Raschig_ halkalarlDID c;;aplart 50 illl 150 miii arasmda, duvar kahnhklart ise 10 ilii 16 mm arasmda _de~§ir. Metalden yapthm§ halkalann daba hafif, serbest kesit al.anlannm ve serbest hacimlerinin daba biiyiik · ohnaSI miimkiindiir. Raschig halkalart kulelere genellikle geli§igiizel doldunilurlar, muntazam S!Ialar halinde yetle§tirilmezler. Birim haemin a~rhg1, serbest hacim, serbest kesit alam ve birint haemin yiizeyi balammdan en iyi kule dolgri malzemesidir. Birim haemin sl)hip oldugu yiizeyi arhrril.ak. ic;;in bazt Raschig halkalarmm ic;;erisine, serbest kesit alam pek fazla azaltmayacak §ekilde, bohneler konulmu§tur. 4b. Berl eyerleri. Buular porselenden yapilim§ eyer ~klinde malzemeler olup, kulelere geli§igiizel doldurulurlar. Buula~m di~erlerinden iistiin tara£1 gaz alamma kar§t oldukc;a dii§iik siirtiinme qirenci vermeleri ve yeterli gaz-s1V: tema:~ yiizeyine sahip ohnalanchr. 4c. Spirt!~ halkalar. ic;;lerinde spir!ll bir bOhne bulunan bu halkalar tamamen Raschig halkalarma benzerler, spiral bolme halh kesitinf' tamamen· veya lasmen orter. Bu halkalar daima muntazam s!Ialar halinqe dizilirler ve his; bir zaman. geli§igiizel. kule ·ic;;erisine atilmazlar. Spiral bOhne gaz - stVl temaSIJ;U iinemli derecede arhrrr, fakat serbest kesit alamm ve. serbest hacmi pek fazla
486
487
azaltmaz. Buna kar§thk hem kendi fiatlan ve hem de yerle 0tirilme iicretleri oldnkga yiiksektir. 4d. Delikli tit[!,lalar. Bunlar seramikten yapthni§ 10Xl0Xl8 em boyut. larma sahip dikdortgen §ekilli ~uglalar olup, gaz ged§i igin dii§ey delikleri vardtr. Kesit alarn oldukga biiyiik d,ikdiirtgen §cklindeki kulelerde iyi sonug verirler.
rularla C kuvvetlendirilmi§lerdir. S1v1 faz D yolu ile girer ve E yolu ile gikar. Kulenin tiimii F yolu ile bo~altt!Ir. Biiyiik Raschig halkalarm1 ta§Iyan delikli levha G, mekan:ik dayan1khbgi yiiksek seramikten yapihm§br. Kulenin list kismmda, .§ekil 9-2a'da geni§ bir ·§ekilde gosterilen, SIVI dag1bna levhas1 yer al-
5. Di[!,er malzemeler. Laboratuarlarda kullamlan kiigiik distilasyon kolonlarmda ve absorpsiyon kulelerinde, gok degi§ik §ekillerde yapthrn§ dolgu malzemesi liullamlmakla beraber, bunlar endiistride uygulama alam bulamazlar. Cam boncuklar, hastr §eklinde fiberglasdan oriihnii§ malzemeler, tel orgiiden yaptlmt§ halkalar, spiral §ekilli metal tala§lart, spiral §ekilli teller ve diger §ekiller bunlara da!Iildir. 9-4. Kule yapJSl, Gaz veya s1v1 faztn korrosif olmamnst halinde, absorpsiyon kolonunun projelendirilmesi esnasmda giizoniine almacak sadece birkag ozel nokta varchr. Dolgu malzemelerinin iizerine oturtuldugu laban delikli gelik bir levha olabilir, fakat deliklerin tiim alam dolgu malzemelerinin serbest kesit alam ile uygun ohnahchr. Kulede stvi fazm dagt!tmt onemli ve ciddl bir problemdir, bu konu ileride seramik kuleler bahsinde daha geni§ bir oekildc ahnacakbr. Absorpsiyon kulesinde asidik bir gaz veya gozelti kullant!dtgt zaman, aside dayamkh seramik malzemenin kullamhnas1 gerekir. Bu gibi kuleler bemen hemen standard bir §ekil almt§lardtr. Kule ufak veya orta biiyiikliikte ise, §ekil 9-1a'da gosterildigi gibi yapt!abilir. Bu kuleler gaplan geni§ olan, k1sa kesilmi§ gegme z1vanah borulardan A yaptlnn 0lardrr. Gaz igin giri§ B ve stvi igin gtkt§ C ihtiva eden alt klSlm, kiigiik kulelerde oldugu gibi tek bir pargadan veya §ekil 9-la'da giisterildigi gibi iki pargadan yap1hn1§lardrr. D giri§inden giren SIVI faz E dagttma levhasmm iistiine dii§er. Dag1tma IevhaSI ileride agikldnacakllr. Simdilik bu levha iizerinde SIVI faz igin F giri§ deligi ile, gaz faz1 giki§I igin G g1l.o§ deligi bulundugunu soylemekle yetinecegiz. H ise gaz fazmm kuleyi t~rk ettigi deliktir. Kule govdesi igerisinde baZI kisunlar, ta§Iyici gtkintt!ara sahiptir ve delikli seramik levha, bunlar iizeriude oturur. Sekil 9-la'da giiriilen tipteki kulelerin gaplan 1,5 m kadar olabilir, fakat 1,5 m gapa sahip kisimlar hem ag1r ve hem de pahahd1r. Yap1 zorluklan sebebi ile, bu tip kuleler n~diren 7,5 il!l. 9,0 m yiikseklige sahip olurlar.
.
Aside dayamkh geni§ ve yiiksek kulelere ihtiyag duyulacak . olursa, kule govd~si metalden yapi!1r ve iQ kism1 aside dayamkh tugla ile kaplamr. Sekil 9-lb bu ~ekildeki bir kuleyi giistermektedir. A, ~elikten yapllm1~ govde; B, ise aside dayamkl1 tuglad1r. Giri~ ve Qlki~ deliklerinin gogu aside dayamkh seramik bo-
c
c ~ki! 9-la. Seramik kule yapiSI: A, ana kUle- kls1mlan; B, gaz g~i; C, 81vt ~·
b~t; D, SlVI ~i; E, dalttma levhas1; F, SIVI fuz i~in delikler; G, gaz faz i~in delilder; H, ·gaz ~ii
~kil
9-lb. Astarlannu1 kule yaplSI: A, govde; B, aside dayamkl! tuA!a kaplama; C, seramik kaplamalar; D. stVl girlsi; E, stvt !;Ikist; F. bopltma deligi; G, seramik dayanma ~ubuklan;
~
H, macun kaplama; /, birinci ·stvl oluK, ikmci SIVI oluklan. (Knight)
tu;
489
488 maktad1r. Aside dayamkh tu!ila, seramik malzeme ile aym kimyasal bile~ime sahiptir, fakat gok dikkatli bir ~ekilde yerle§tirilmeleri gerekir. Genellikle kul· Iamlan ba!ilama hare1, ince o!iiitiHmii§ kum ile cam suyundan yap1lnn§ bir kari§Imdir. Bununla beraber belirli ozeiliklere sahip glmentolar da bu i§i gorebibilirler. Cam suyu ile kum aras1!'da hig bir reaksiy6n meydana gelmedi!ii iein, bu bile~imdeki hare kendili!iinden sertle§mez. Bunun .bir sonucu olarak, giinde sadece bir kae S1ra yerle~tirilebilir, aksi takdirde kaplama biitiinii ile }'lk1hr. Hare tu~Ialari tutacak kadar sertle§tikten sonra, deri§ik siilfat asidi ile y1kamr ve bu i§lem, cam suyunu silikajele donii§tiiriir. Bu i§lerin gok dikkatl.i yapllmas1, ince gatlak veya arahklarm birak•lmamas• gerekir. Bunun igin geneliikle iist iiste iki kaplama yapilmasi uygun olur.
§ekil 9-2a'da gosterilim daltJtma levhasm1 doldururlar. Dag•tma levhas1 dart lasma E biiliinmii§ olup, yiiksek dayamkliliga sahip seramik gubuklara G ve tugla giimlek L iizerindeki e•kmtilara otururlar. Bu klSlmlann herbirinde eok sa}'lda yanklar F vardu ve bunlarp a§ag• yukar1 dikdortgen bir yapl11§a sahip-
Gelik giivde bir cins koruyucu tabaka H ile, asi(\e dayamkh tu!ila tabakasmdan aynhr. Bu;bir kur~un tabakas1 olabilir, bu takdirde kur§un belirli aral•klarla gelik giivdeye sikiCa ba!ilanmahdir. Aside dayamkh tu!ilalar, tugla ile esas kule govdesi arasmda halka §eklinde dar bir bo~Iuk kalacok §ekilde dizilir ve sonra bu bo§luk asfalt ile doldurulur. Di!ier bir metod ise, gelik giivde ile tuglalar arasmdaki bo§luga plastik bir levhanm asllmas1 §eklindedir. Yiiksek temperatiirle kar§Ila§IlmasJ halinde bu miimkiin degildir, giinkii plastiklerin cogu 1'2o•c sJCakhk civarmda yumn§arlar. S1V1 dagihml da aynca bir problemdir-. Sivl fazm tek bir abm halinde, 'dolgu malzemelerinin merkezine giinderilmesinin iyi bir sonug verecegi dii§ii- . niilemez. S1V1 fazm gok sa}'lda ak1mlara aynlmas1 ve kulenin tiim kesit alam iizerine bu akimlann yayllmas1 daha iyi bir sonug verir. Bu alamlarm bir carprna levhasma garp1p tekrar dag!lmasl GOk faydah olur. 1 Biiyiik kesit alanma sahip kulelerde, dag1hm metodlan ile ilgili gah~malara ihtiyag vard1r. Seramik kulelerde kuilamlan daltJtma levhalarmm birkag tipik iirnegi §ekil 9-2' de giisterilmektedir. $ekil 9-2b basil bir daltJ!iC1du. SIVI faz ge~itli noktalardan daltJtma levhasma verilir, s1VI B savaklarm1 a~ar ve delik gevresinden a§a!1;1 do!1;ru akar. Bu esnada gaz deligin iginden yukanya dogru yiikselir. $ekil 9·2c de giisterilen tipte SIVI alam1, once C cebine girer ve sonra bunu a~arak levha}'l doldurur, S!Vl faz ufak deliklerden a~ag1ya dogru, gaz fazt ise biiyiik deliklerden yukanya do!1;ru geger. $ekil 9-2d'de giisterilen tipte SIVI faz, emziklcrin alt lasmmdaki yar1klardan ve esas levha iizerindeki. deliklerden a~altJya do!1;ru akarken, gaz fazt· emziklerin tepelerinde bulunan deliklerden ve yar•klann iist Ia. stmlarmdan gegerek yiikselir. $ekil 9-2a daha ozen.ilerek yapllmi~ bir diizen olup, ~ekil 9-lb'de bu tiptedir. S1V1 faz ] olultJmu (§ekil 9-lb) besler, buradan dipteki delikler yolu ile alttaki dart adet kiigiik oluga K geeer ve onlan doldurur. Bunlar birbiri ardmdan 1
Williamson, Trans. lnst. Cl!em. Engrs. (London), 29 : 221 (1951).
a
c Sekil 9-2.
Stvt da8ttlmt
d i~in
levhalar. (U ..Stoneware)
Sekil 9-lb de kullandan metod: ~E. dOrtte bir bOliimlli da~ttma levhast; F. savaklt de-likler; G, seramikten tWJ:IDta !;Ubuklan; H. damlatma U!tlan; L, tru;tma \:Iktntdart. (b, c) B, stvt da~ttma delikleri; C, stvt giri'}Jeri i~in st~ratma cepleri. (d) D, Savak tipi emzikler.
(a)
tirler. SIVI faz F yanklarma ait duvarlarm iizerindeki V ~ekilli ~entikleri a§ar ve duvarlarm ig yiizeyi boyunca a§altJya akar, damlatma u~lan H vas•tas1 ile gok say1da ince alamlara ayrllu. Hangi tip dolgu malzemesi olursa olsun, SIVI fazm kule duvan civarmda tophmp kulenin orta lasimlarlm hemen hemen kuru bir vaziyette buakma mey-
491
490 linin var oldugu giirtiliir. Bu sebeple yhlsek olarak yapllnu~"kulelerde,"kenar lara toplanan srvmm merkeze yiineltilmesi iQin ara dagrtma levhalan konulur. YenidRn srvr fazrn dagrtrlmasr giirevini yiiklenen.bu ara dagrtma levhalan, aym zamanda dolgu malzemeleri iQin de ara ta§IYJCI vazifesi goriirler. fleaksivonun tamamlanmasr. iQin gerekli tiim kule yiiksekligi fazla ise, absorpsiyonu ·tek bir kule yerine, seri ha!inde baglarimi§ birkaQ k1sa kule iQerisinde. yapmak daha uygun olur. Gaz ve SIVI faz bu kulele:de, birbirl~rine Zit yiinde akarlar. Bazan Qii:tiinebilen gazr Qozmek iQin gerekh sivimn miktan Qok azdrr ve bu sebeple, dolgu malzemelerinin tiim alamm Islatamaz. Bu gibi durumlar~a srvmw biiyiik bir krslDl her kulenin iist lasmma. geri ve~.ilir v~ sa~~ce .uf~~ brr Jasmi dizi iQerisindeki diger kuleye iletilir. $ek1l 9-3 boyle b1r duzem gostermektedir.
ile uyu§mazlar, fakat .bu konudaki gene! karu ve tecriibeler AA dogrusu ile giisterilen debinin ta§ma noktas1 olarak kabul edilmesi §eklindedir. Ta§ma noktasi dolgu malzemesinin ta§Iyabilecegi maksimum yiiklenmeyi temsil etrnekte olup, oldukQa belirli bir noktadir ve biitiin kule hesaplamalari iQin giiziiniine almmasi gereklidir. 2 ve 3 numarah egrilerin alt kis!mlarmm diiz bir dogru oldugu giiriilmektedir. Bu diiz dogrunun egriye donii§tiigii nokta (§ekil 9-4 de BB dogrusu), yiikleme noktast adm1 ahr. Yiikleme noktasi, ta§ma noktasmda oldugu kadar kesinlikle tayin edilemez. Bu noktada gaz alam hlZI, dolgu malzemesi tarafmdan tutulan s1vr miktannda artmamn ba§lamasma sebep olacak kadar yiiksektir. Ta~ma noktasi iizerindeki Qah§ma, pratik bir anlam tR§Imaz; yiikleme ve ta~ma noktnlan arasmda Gah~ma ise dengesiz olmaya elveri~lidir.
'~83.102 .X
'I
U1
=iJJ/ 'in
-~.
\p
.>; ·~
<.. L~
pr
:J
.S' ,, 0 -.::• 8,3.10 -~
J
m:
----Gaz --SJVI I
~ekil 9-3. Stvt faz dol~u:p.h seri baklanmt~ absorpsiyon kuleleri.
9-5. Dolgulu Irule i!;Crisinde iki fazm alrum. Suyun dolgu malzemelerini Islatarak ynkarrdan a§agiya dogru aktrg1 ve gazm ise dolgu malzemeleri arahklarmdan ynkanya dogru geQtigi tipik bir dolgulu kulenin basmQ-debi (alamm) bagmtiSI §ekil 9-4 de giisterilmektedir. Bu diyagramda basmQ .dii§ii§ii llP, .d?lgu yiiksekliginin. her metresi iQin mm H,O olarak ve gdz faz a1t alam debisi GG ise kgr/(m"){hr) olarak yer almi§tir. 1 numarah egri dolgu malzemelerinin kuru oldugu hale aittir. 2, 3 ve 4 numaral1 egrilerin her biri sabit bir siVI faz debisine GL ait ofup, s1v1 faz debisi 2 den 4 e dogru artmaktadn. Bir krs1m diyagramlarda sonuQlar en iyi bir §ekilde diiz dogrularla giisterilebilirlerse de, bu konuda yap1lan QaJI§malarm Qogunda sonuQlar zaten diizgiin egriler vermektedir. Egrilerin dii§ey bir durum ald1gr noktaya ta§ma noktaSI ad1 verilir ve AA dogrusu ile giisterilir. Bu noktada gaz ile siVI arasmdaki siirtiinme, srVI fazr yukanya dogru iterek, kulenin tiim kesit alamm kaplayan devamh bir siVI faz meydana getirecek biiyiikliiktedir. Bu durumda gaz, zaman zaman fi§iarmalar §eklinde kuleden geQer. Ta§ma noktasma ait giizlemler her zaman AA dogrusu
v,
I :;_ 8 3.1 o-4
488
48.8
~.SSG
GG, kgr/(hr)(m') $ekil 9-4. gmll.
Dolgulu kulelerde gaz aktm htzt,
SIVI
aktm htzt ve basm~ dii$liSii arasmdaki ba-
Sekil 9-4 deki 4 numarah egri, tum uzunlugu boyunca egri olanlardan farkhdir. Bu egri·siVI faz debisinin, kulenin tiimiinde SIVI fazm devamh bir faz olmasmi temin edecek kadar yiiksek oldugunu giistermektedir Ta~ma noktas1, kullamlan dolgu malzemesinin tipine ve basmQ dii§ii§iine baghdu. Basm~ dii§ii§ii, dolgu iiniteleri, biiyiidiikQe veya dolgu yatagi ag1khk kazand1kqa azahr. Ta~ma noktas1 ayru zamanda sivi viskozitesinden de etkilen, mekte ve s1v1 viskozitesi artmca basm~ dii§ii§ii azalmaktad1r. <:;ok say1daki
493
492 ara§tlrma sonuQlannm korrelasyonundan §ekil 9-5 meydana getirilmi§tir1 • Diyagram iizerinde gosterildigi gibi bu, iki fonksiyonun bag,ntJSidu.
Tablo 9-1.
C~itli kule 'dolgu malzemeleri i~tin
Raschig halkas•
,
'
'
'
~..JI~ ::l.fi.
~
..
' ,' ,
!"--
"
-..__...-
-------~\&..
Bert eyeri
•
1\.
'\
o,.
'
tntaloks eyeri
o.oo6.o1
.o
Ol
D
Tablo 9-2.
GaP PL
Sekil 9-5. Dolgulu kulede
ba~mtt.
Pc
=
PL
= SlVlllln
yogunlugu, kgr/m'
f..l.L
= s1v1mn
viskozitesi, santipuaz
,
gazm yoguulugu, kgr/m'
(bo§ kulenin kesit alam)
SheiWood, Shipley and Holloway, Ind. Eng. Chern. 30:765-769 (1938). Zenz, Chern Eng. Progr., 43 :415-428 (1947); Chern. Eng., 60: 176-184 (Aug., 1953).
Ttzyma. noktasmda basmr dii#i#l, her m dolgu yiiksekliCi irin mm H,O
,
'
1 1
Ta,ma noktasmda baSIO!f dU$ii$ii
50 mm , 38 31 '(bolmeli) 25 • 25 • (dtiz) • ' 19 ' ' ' 16 ' ' 12,5 ' ' 9,5 6,3 ' ' ' Beri eyeri 38,0 25,0 ' 19,0 ' ' 12,5 ' ' ' 6,0
hacim fraksiyonu, m' /m' doldurulmu§ klSlm
= ta§ma anmda· SlVl debisi, kgr-kiitle/(hr)(m")
,• ,' , •,
Raschig halkas1
dolgu malzemesinin ozgiil yiizeyi, m•/m' doldurulmu§ kislm
= bo§luklarm
,
Dolgu malzemesinin tipi
9,81 m/saniye•
F
GLF
ile ilgili
ta§ma anmda gaz debisi, kgr-kiitle/(hr)(m') (bo§ kuleye gore hesaplanmi§hr)
= ivme,
av =
~ma ~artt
'
, ' ', ', ,
Bo§luklann hacim fraksiyonuna ait degerler, kulenin doldurulma §ekline bagh olarak, iinemli miktarda degi§iklik gostermektedir. Bu degi§me aym dol-
GtF ( Pa)"·'
g
'
'• , ,
GcF =
'
,
.
~
, ,•
7.640 1.480 1.330 !.150 700 565 305 330 220 13.860 1.480 390 260 460 320 170
6,0 mm
9,5 12,5 16,0 19,0 25,0 31,0 38,0 50,0 6,0 12,5 25,0 38,0 19,0 25,0 38,0
doldurulmu~)
(a.fF') degerleri
Dolgu malzemesinin tipi
1
a,/P degerleril..Z (Geli$igiizel
1
.•
210 210 200 250 330 250 210 290 330 330 180 210 210 165 105
W.E. Lobo, L. Friend, F. Hashmal ve F. Zenz, Trans. Am. Inst. Chern. Engrs., 41 : 693 -710 (1945). Leva, «Tower Packings and Packed Tower Design,• The United States Stoneware Company, Akron (1953), sahife 49.
494
495
..
- durulmada dahi olabilir. Bulunabildigi hallerde deney sonuca elde olunan degerlerin kullamlabilmesi tercih edilmelidir. Bu gibi degerlerin bulunn:iamasi halinde tablo 9-1 de verilen d~gerlerin kullamlmasi tavsiye olunur. Bunlar yak,la§Ik degerlerdir ve herhangi bir ozel halde elde oluuanlardim olduk<;a farkh olabilirler Ta§ma noktasmda meydana gelen basm~ dii§ii§ii olduk~a sabittir ve sadece swmm ozelliklerine, dolgu malzemesinin tipine ve biiyiikliigiine baghdir. SIVI olarak su kullamlmasi ve dolgu malzemelerinin geli§igiizel kuleye doldurulmasi halinde, elde olunan degerler tablo 9-2 de verilmi§tir.
9-6. Dolgulu kulede basml} dii§li§ii. <;:ah§uabilecek §artlarda gaz ve siVI fazlara ait herhangi bir debi diizenlemesi, bu tip kulelerin ekonomik projelendirilmeleri balommdan onemli bir konudur. Bu konuda teferruata inmeden, }akla§Ik olarak gaz faza ait ta§ma debisinin %50 ila '%70 i optimum bir deger olarak kullarulabilir:' S1v1 faza · ait ozelliklerin suyun i:izelliklerine. benzemesi halinde, basmQ dii§ii§iiniin hf'saplanmaSI istenilecek olursa, en uygun metod kimya literatiiriindeki degerlerin' kullanilmasidir. Pek Qok J,.-ule dolgu malzemesi iQin, birim dolgu yiiksekligirlde meydana gelen basmQ dii§ii§ii ile, sabit sJvi faz
1.00
•
9~1.
Ornek
25 mm lik Rasching halkalan ile
geli~igiizel dolduruJmu~
bir kule, stvt 0
bir hidrokarbonla ztt aktm preD.sibine gOre ytkama uygulayarak, hava organik madde ka-
s
·
GaziD ortalama yoguntugu ................................ :: 1,26 kgr-kiitle/m3 Hidrokarbonun ortalama 'ozgiil .a~trhttt ............... : 0,892 Hidrokarbonun ortalama yo8unlu&u .......-.............. : 8~ kgr-kiitlefm3 Hidrokarbon ya~mm ortalama viskozitesi ............ : 33,9 santipuaz Kullamlan dolgu m;llzemesi i~in,
Kinematik sJVI viskozitesi, santistok $ekil 9-6.
GaF =
305 =820/S 82
3.050/S
Bu sebeple:
(1,26 _ -Pa)"'' = (305) - )"'' -0,1367 ( PL 82 892 Sekil 9-5 den faydalanarak, absisin 0,1367 de&erine kaquhk ordinat de&eri 0,123 olarak okunur.
. GGF
=
3 PL!l) 0,123 (F ) ( Pai
= (3.600) -j 1,27 = 4.060
Kulenin kesit alam ; S = Kulenin r;apt
=
10
100
=_saiit:ipu~L_
av!P = 528 de&erini kullammz.
G LF
(3 6
Rase hi~ h~Lk2 s1 i I 0,60 I I
'
1
<;Orum:
GGF . 00)'
.:=:!
-- ---
1
Bert eve ri
!'-..
..J
n$tinmdan organik maddeyi almak i~in kullamlmak.tadrr. Ta$ma amndaki gaz debisinin 820 kgrjsaat ve stvt debisinin 3.050 kgr/saat 'olnlast halinde, kule ~apmt hesaplaymiz. Cah$ma $artlannda akt:r;;kanlann Ozellik.leri a$a~tdaki gibidir :
--.......: r-..
0,90
:£1 0,80 ~~ 070
M
I I
·~
=
0,123
1,26 X 892 X 9,81 (528) (33,9)0.0
=
1•27
kgr/(hr) (m')
~ = 0,202
m"
V_j_ X 0,202 = 0,50~ m
ozgul. agirlJk
S1v1 viskozitesinin ta~maya etkisi.
debisinde i:ilQiilmii§ gaz fazm yiizeysel -debisi 'arasmdaki log-log diya~ramlan, kimya literatiiriinde · bulmak miimkiindiir". S1v1 faz, i:izellikleri baklmmdan sudan Qok farkh ise, bu hususta tam ve gene! bir bagmti henilz elde mevcut degildir. Bunuula beraber, geli§igiizel doldurulmu§ Raschig halkalan vc Berl eye~ leri iQin Zenz" tarafmdan geli§tirilmi§ basm~ dii§ii§iiniin bulunmas1 ile ilgili bir I . metod vard1r ve oldukQa faydahd1r. Bu metod, tablo 9-1 ile birlikte a~Iklaruru§ olan, ta§ma noktasmda basm~ . dii§ii§ii sadece dolgunun karakteristiklerine ve SIVIrun fiziksel i:izelliklerine baghdrr, "hipotezine dayanmaktad1r. Zenz ta§ma noktasmda basm~ dii§ii§iiniin (tablo 9-2 de verilen) SIVImn viskozitesi ile (§ekil 9-6) kotrcl~syonunu buhnu§tur. ~ekil 0-4 iin agiklanmasi esnasmda 4 numarah egrinin, SIVI fazm devamh faz oldu~u §art!ari gosterdigi belirtilmi§tir. Zenz tarafmdan meydana getirilen 9-7 ve 9-8 numarah · diyagramlar, akimm 3 numarah egri (§ekil 9-4) ile gos-
1t
Pratikte kuleler hi~ bir zaman tru;ma noktMmda ~ah:s.hnlmadtk1an i!;in, elde olunan sonu!f bize kule !fapmm minimum de8erini vermektedir. Genellikle tru;;ma noktasma ait gaz ve stVI debilerinin % 50 si ile ~alt$ma iyi sonu!f ve:rir. Bu sebepler hesaplanan kule kesit alanm:m .i~i katt (0,40 nil) ahnmahdtr. Bu durumd3. kule yapt 0,71 -m olur.
1
T.K. She~Ood ve R.L. Pigford, a:Absorption and Extraction,• ~cGraw-Hill Book
Company, Inc., New York (1952), sahife 245; Perry, sahife 671, 708. • Perry, sahife 681-683. 3 Zenz; Chern. Eilg., 60:176-184 (Aug., 1953).
496
497
4AA onr
48
=M~"
nnn
II
~~
........ 4.880
H1
.5 E 48B 0,1 10 100 Kinematik s1v1 viskozitesi santistok= santipuaz ' ozgi.il ag1rl1k Sekil 9-7.
Devamb stvt faz i~in, minimum
SlVl
debisi - Raschig halk.alart.
terilen tipten 4 numarah egri ile giisterilen tipe degi~iminde minimum SIVI 'debisini (GL)-, s1vmm kinematik visko1,0 zitesinin bir fonksiyonu olarak giistermekltedirler. Kullanlfan s!v1 debisinin 1eki1 9-7 veya ~ekil 9-8 den elde olunan minimum degerin altmda olmas1 halinde Zenz, (gerc;ek basmc; dii~u~ii)/(ta~ma anmda basmc; dii~ii~ii) oram ile (ta~ma 1\ · amnda gazm kiitlesel debisi)/(gazm gercek kiitlesel debisi) oram arasmda bir 1\ bagmu kurarak, bunu §ekil 9-9 daki di1\ ' 0,10 yagramla giistermi§tir.
"
KlSlm 9-5 de, tiim gaz ve SlVl debilerinin, dolgu rnalzemesinin tipinin ve emniyet faktoriiniin bilimnesi halinde, kule c;apllllll nasil •ec;ilebilecegi ac;Iklanmi~trr. Gave. GL nin de bilirimesi sebebi ile, kule ic;erisindeki basmc; dii§ii§iiniin hesaplanmasi a~!iWdaki ~ekilde yapihr: Tablo 9-2 den (s1v1 faz su ohna.s1 hallnde), ta§ma anmdaki basmc; dii§ii§iinii bult!llUZ. Bu (AP,)u 20 ile belirtilecektlr. 1.
488 000
Nf
f--
1: ..c:
~ 4B BOO 01
·-
-
'-
K
3B 25
-"'
c E
!'--...
-:J l!)
4880 Kinematik Seidl 9-8.
SIVI
1"-
1~
10 100 viskozitesi, santistok- .sa~~~pu_az · ozgu ag1 rl1k
Devamh stvt faz i~tin, -rDmimum stvt debisi-.BC'rl eyerleri.
.
•
o...lo...U.
,, I.
0,01 1,0 1,5 2,0 ?,5 3,0 3,5
Gc;F/GG $ekil 9-9. Dolgulu kulede basil!> d~~il, hakild durumun ta4ma durumuna orant
2. Btl degerden ve §<'kil 9-6 dan olarak. anmdaki basmc; dii§ii~ii (konumuz olan SlVl ic;in) bulunabilir. Yalmz kullamlacak stvmm kinerriatik viskozitesinin • bilinmesine ihtiyac; varrur. Bu basinc; dii§ii§ii (AP,)L ile .giisterilir. t~ma
3. Bundan sonra GL ye teka"biil eden, t>.§ma amndaki gaz debisi bilinn>olidlr. l;lekil 9-5 kullamlacak olursa, deneme-yamhna (yakla~tk degerler!e c;iiziim) ·metodunun kullamhnas1 gerekli olur. Zenz, ~ekil 9-5 i yeni bir koordinat diizeni icin tekrar hesaplayarak, §ekil 9-10 u meydana getirmi§tir. Elde mevcut bilgiler ve GL * nin bilinen degerinden hesaplanabilen degerler, ~ekil 9-10 un ordinallnda yer ahr. Bu bize .absisde bir deger verir. Bu degerin c;oziimii, ta§maomnidaki gaz debisini Ga, bulmamtza yarar.
* Bu maksatla t. <;atalta$ -
~kil
9-10 da Gu nin yerini GL ahr.
Kimya Mfihendisligine Giri!l
F. 32
•
498
499 3.050 44 = 6.932 kgrf(m') (hr)
. 4. Simdi GGdGG oram bilinmektedir. 2. nci ad1mda APF hesaplanmi§hr. Bu sebeple, §ekil 9-9, kulenin her m dolgu yiiksekli~inde meydana gelen basmQ dii§ii§iinii AP, hesaplamak imkdmm verir.
GL = 0,
GL
38 = u,33,9 892 =
.
k
santisto
n•.~~
PL = (0,892) (1.000) = 892 kgrjm3
=
Tabla 9-2 den 25 mm lil< Raschig halkas1 i~in (APF)H2o 330 mm/m. ~ekil 9-6 dan kinematik viskozitesi 38 santistok olan bir stvt ir;in (11..PF)d(IJ.Pp)820 = 0,61 dir. Buna gOre, ( A.PF)L
~ekil 9-7 den (G,)mln 31.720. Kullamlan s1V1 faz debisi bu degerin albnda oldugu i~in. stvi faz kulede devamb faz halinde deijildir. GL = 6.932 de&erine tekabill eden GG nin fa$ma deleri ~ek.il 9-10 dan elde olunur.
17
/
~
~kil
v
9-10 dan (
Bu sebeple
v
,..,..,..,..,
Ill 0,10
o,000010,01
I 1,0
10
§.£_ (!£..,...
$ekil 9-5 deki korrelasyonun yeni bir diizenlenmesi.
Ornek 9-2. 1~ I'BP' 0,75 m olan bir kule (Ornek 9-1 deki sistem i~in) kullamlacak olursa, dolgulu ku~mm her metresinde meydana gelecek basm~ d~U!;linU hesaplaytmz.
'1t'D2
Kule kesitinin 01:Iam = -
=.~~~ = 1.863
4
:~.
- = 0,44 m
kgr/(m') (hr)
r_
0.0505
6.932 ) (1,26
892)
o.s
= 5.150
de_~eri i~in ~ekil 9-9 dan,
(.l. PJL (t.. PF)L
l>t;F- !L $ekil 9-10.
G~~ )(:~
GGF = ( 0,0505
GGy/Gc nin 2,76
GG
mm/m
=
n!"
nn ....
= (0,61) (330) = 200
I!J.P1,
.
=
0,072
= (0,072) (200) = 14,4 mm H,O her metre dolgu
yUksekliAi i~in
Kullamlan SIVI debisi §ekil 9,7 veya 9-8 den okunan (GL)mtn de~erinden daha biiyiikse, SIVI faz kulede devamh faz halindedir ve bu takdirde ~ekil 9-9, d~rudan d
501
500
tek bir komponent del/;ildir (boliim 8 de haya- su bal1;mular1 halinde oldui!;u gibi) ve bir konsantrasyon farla vard1r. S1v1 faz iQerisinde komponent transferine ait debi e§itligi, fazlann temas yiizeyinde itici giiciin var olmast halinde, R§
«;:llzliln: ~ -13?" ·•"
. •v
F' = (0,92)' -
15,6°C da
PL
= 1.000 kgrjm•
f..LL
= 1,121
Kinematik viskozite
santipuaz
= 1,121
dN.
santistok
=
=
deiterine tekabiil eden GLF nin deAeii 9-S den okunur.
Ga )' ( •v) ( ( ~.6QO F3 PLP a g =
2
2
(1.800) 32 2 ( 1.121°· ) 3.600 (1 • ) 1,20 X 892 X 9,81 - O,OOJil
N.
(9-1)
= Qiiziinebilen komponentin
(a komponenti) transfer debisi, mol-kgr/saat
kL = SIVI faz kiitle transfer katsayiSI, mol-kgr/(saat)(m" temas alam) (birim konsantrasyon farla)
c.= fazlar
arasmda transfer olan komponentin konsantrasyonu, mol-kgr/m'
Qozelti
Sekil 9-S den
GLF(Pa )o.s =6.02
A
0 GF PL
GLF- (6,02) (1.800) ( 892 , )"·' -
1 26
GLF GL -
dele~i
.O.P = (0,185) (210) = 38,8 mm/m dolgu 2,18 m dolgu
yUk~ekli#i
294.000
294.000 18 163.200 - •
l)ekil 9-9 dan absisi 1,8 olan noktanm ordioat
(.O.P/ .O.P,)L = 0,185 okunur.
yUksekli~i
= fazlarm temas ahm1,
m•
Sembollerin altlarmdaki i ve L harfleri, fazlarm temas yiizeyi ile SIVI fazm esas kiit!esini gosterirler. K1sun 8-2 de kimyasal potgnsiyel farkmm (veya fii· gasite farkmm) ahnmast gerektigi belirtilmi§ ohnasma ral/;men, (9-1) numarah e§itlikte itici gUQ olarak konsantrasyon far!a kullamhni§tir. Konsantrasyon fark•mn kullan!lmasma sebep, SIVI fazm kimyasal potansiyeline ait elimizde bilgi bulunmamasichr. Transfer olunan komponentin debi e~itlil/;inde itici giiQ olarak, mol fraksiyonlarrm da kullanmak miimkiindiir .
il'in
f>.p = (38,8) (2,18) = 85 mm H,O Dolgulu kulelerde basmQ dii§ii§iiniin hesaplanmaSl ile ilgili dil/;er ~etod ve yollar literatiirde varchr, fakat burada aQiklanmalan yap!lmayacakt1r. 1
9-7. Dolguln kulelerde SIVI fa.za alt.klltle transfer!. Bir gaz kan§Imi· m uygun bir sivi ile temasa getirip, bu kan§Imda bulunan QOziinebilir bir kom-., poilenti kan§Imdan uzakla§brahm ve hiQbir kimyasal reaksiyon da meydana gelmesin. Kararh durumun meydana gehnesi halinde, gaz kiitlesi iQerisindeki QOziinebilir komponent, bulundtil/;u yerden gaz fazla SIVI fazm temasa geldil/;i yiizeye transfer olacak ve burada, sivi faz tarafmdan Qoziilecektir. Bundan wnra ise, temas yiizeyinden esas SIVI faz kiitlesi iQerisine transfer olacal
kL(C.,- C.L)dA
Yukar1daki e§itlikte,
9-2 ilumarah tablodan 50 mm lik Raschig halkalan i>in (.O.P,)mo = 210 mm/m dir. Sekil 9-7 den (GJmtn 121.520 dir. Bu durnmda SlVI, devamh faz1 t"''kil etmektedir. Ga 1.800 02 1-' • )
=
Brown and _ass_ociates, «Unit Operatto~s,» Job.Ii Wiley and Sons, Inc., Ne~York:"" (1950), bo!Um 16 ve 17; M. Leva, •Tower Packings.and Packed. Tower Desigu,> The United States Stoneware Company, Akron (1953), sahife '37-50,
(9-2) Yukandaki e§itlikte k' L SIVI faz kiitle transfer katsayiSI, mol-kgr/(saat)(m0 )(birim mol fraksiyonu farla) vex. transfer olunan komponentin mol fraksiyonudur. (9-2) numarah e§itlil/;in kullamh§I, (9-1) numarah e§itlikten daha uygundur. Bu' nunla beraber, ou alanda ya}'lulanmi§ ara§llrma sonuQlarmm Qogunda itici giiQ olarak, konsantrasyon farklan kullan!lrni§tir. Bu sebeple (9-1) numarah e§itligin a§al/;Idaki §ekilde kullan!lmas1 daha uygundur. (9-3) Yukar1daki e§itlikte p,. sivi fazm molar yol/;unlugu olup, mol-kgr(Qiizen+Qiiziinen)/m3(Qozelti) birimine sahiptir. Seyreltik sulu Qiizeltiler ve ufak konsantrasymi farklari iOin p,. sabit 'olabilir. Fakat p, gene!likle bile§imle degi§ir. K!Sim 8-6 da aQiklanan Islabhni§ duvarh kolon, SIVI faz yiizeyinde ineydana gelen dalgalanmalar sebebUle, SIVI faz kiitle transfer katsayiSimn deneysel olarak. bulu111nas1 hususunda ba§anh del/;ildir. 1lgili literatiirde 1 .a.Qiklanma&I ya1
E. J. Stephens and G. A. Morris, Chern. Eng. Progr., 41 : 232-242 (1951).
502
503
puan basit bir laboratuar kolonu, stvl faz kiitle transfer katsaylSlmn bulumnas1 hususunda ba~arili sonu~lar vermi~tir. Bu kolon aym zarnanda, kirnyasal reaksiyon ihtiva eqen absorpsiyon problemlerinin de incelenmesi baknmndan faydahdrr. 9-8. Dolgulu kulede gaz absorpsiyonu- kiltle bilan!;Olan. !;iekil 8-2, kimyl!sal reaksiyon ihtiva etmeyen gaz absorpsiyoriunun incelemnesinde kullamlan. dolguln kulenin ~ematik bir diyagramtdrr. E§ yiinlii akrrna oranla Zit yonIii alamda, l!bsorpsiyon debisinin daha biiyiik olmast sebebi ile, bu kolonlarda normal olarak gaz ve SIVI fazm Zit yiiulii alamt kullamhr. Kararh §artlarda ~a h~an bir absorpsiyon kolonu takdirinde dz yiiksekligi i~in kiitle ve komponent dengeleri.a~ai1;ldaki ~ekilde y=lrr. Tiim kiitle dengesi,
dL
=
Komponent dengesi, d(Lx)
dV =
faz i~in de dogru olursa, ~iizlinen hari~ SIVI faz (l ') mol-kgr/saat ve ~;iizii nen hari~ gaz faz (V') mol-kgr/saat, sabit kahr.
SIVI
V'
=
V (l -g) = V, (1 - g 1)
L'
=
L(l-x) = L,(l- x 1)
V' V=--
=
dL
d(Vg)
= dV
(9·6)
Yukandaki e§itliklerd.e x ve y fazlar arasmda transfer olan komponenti giistermektedir. (9-5) numarah e~itlik, kulenin tabanmdan z yiiksekligine kadar olan klSlm giiziiniine ahnarak entegre' edilecek olursa, a§agtdaki sonu~ abnr.
Lx+ V 1 y 1 = L1 x 1 + Vy
(9-7)
(9-7) numarah e~itlik x in x, den x. ye kadar ve y nin y1 den Y• ye kadar olan her degeri i~in kullamlabilir. 1ki alamm bile§iruleri (x ve y) arasmdaki bagmtl}'l ifade ettigi i~in, kulenin operasyon dogrusu achm ahr. Gaz ve s1v1 faza ait alam debileri gene! olarak kule boyunca degi~ir ve (9-7) numarah e§itlik bir egriyi ifade eder. Gaz faZI sadece bir ~iiziinebilir komponent ihtiva eder, diger komponentler ise inert olduklarmdan operasyon esnasmda degi§meden kahr ve a}'lll husus 1
Entegrasyon kulenin tiimUnde Zit aklmm varhA1lll kabul eder. Yfiksek stvt faz debileri takdirinde kolon i~erisinde yukandan a~a~tya do~ru gaz dol:l$tmt meydana a:e.. lebilir. Bu durumda (9-7) numarah e1illik kullandmaz. C. M. Cooper, R.J. Christl ve L.C. Peery, Trans. Am. Inst. Chern. Engrs., 31 : 979-993 (1941).
L 2 (1-x2)
A}'lll ~ey (9-9) numarah e§itlik i~in de yaptlabilir, L ve L1 , L' ile ifade olunur.
L' L=-1-g
L' 1-x,
L,
= -:---
Bu e~itlikleri (9-7) numarah e§itlikte yerlerine koyup, diizeuleyelirn.
v· (
.111
_
1 - Yt
bilir. d(Lx)
(9 8) (9·9)
V' V,=.-1 Yt
1-y
(9-5)
Yukartdaki bagmtllarda L ve V, Slrast ile SIVI ve gaz fazlarm debileri, ·mol-kgrI saat; x ve y ise, herhangi bir komponentin stvl ve gaz fazdaki mol fraksiyonlandrr. Gaz fazdan stvt faza sadece bir komponent transfer olur ve SIVI fa= buharla~maSI ihmal olunabilecek kadar az olursa, a~agtdaki stmrh e~itlik -yaZ!la-
=
V2 (1 - g 2)
(9-8) numarah e§itlikten faydalanarak V ve V1 i V' ile ifade edelim.
(9-4)
d(Vg)
=
_Y
1- g
=
__}f__) =
L' (
1- g .
(-x )+ (1 -
L' V' 1 -
g1
X
x,
1 - x1
Yt -
_ _x
)
1- x
xx, .
L' ( V' 1 -
1
)]
(9-10)
x in verilen herhangi bir degeri (x, ve x. arasmda) i~in, buna tekabiil eden y deger1 hesaplanabilir ve x, y diyagrarnmdaki operasyon dogrusu iizerinde, tekabiil eden bir nokta bulunabilir. x ve y degerleri 1 den ufak ise, (9-10) numa· rah e~itlik lineer olur.
9-9. Debl e§itlikleri. Kararh operasyon §artlan altmda kiitle transfer debisi dN. poZitif ahnarak, a~agtdaki bagmtl yaZihr.
dN.
=-
d{Vy)
= - d(Lx)
(9·11)
Buna benzer bir geli§tirme (8-5) numarah e~itlige uygulan1r.
(9-12) Gaz faza ait debi e§itligi k!Slm 8-7 de (8-6) numarah e§itlik olarak verilmi§tir. aS dz nin (8.Q) numaral1 e~itlikteki dA ile a}'lll oldugu ve P(y- y,) = -(p, _ PG)
505
504 bulundugu giiz iini.ine ahmrsa, (B-6) numarah e§itlik bilir.
Vdg
- -1.-Y
a~agtdaki
.
= kaaSP(g~y,)dz
§ekilde yaztla-
(9-13)
§artlar saglanabilir. :£liiyle bir kulenin tiimi.ine ait olan tek bir denge ellrisi vardlf. Bu egri, sabit temperatiirde yaptlan absorpsiyonun x. ve y, arasmdaki ba· gmtlSinm bir ifadesidir. Denge egrileri lmtm 9-10 da ac1klanacaktlr. (9-13) ve (9-14) numaralt bagm!tlarm birle§tirilmesinden, belirli bir y de-. geri ile ona tekabiil eden y, degeri arasmdaki bagm!t elde olunabilit.
Buna tekabiil eden bir e§itlik de stvt faz icin kurulabilir.
y,- !I Ldx - - 1 - - kLaSpm(x,-x)dz -x
(9-14)
Bu bagm!t operasyon dogrusu iizerindeki herhangi bir noktanm (x, y), kendisine tekabiil eden ve fazlarm temas yiizeyinin durumunu gosteren nokta (x., y,) ile, _:_kLOfJm!kaaP egimine sahip olan diiz bir dogru halinde birl~§tirilecegini ifade eder. Buna benzer bir bagmtt so!lutma kuleleri i~in ktstin 8-26 ve 8-15 de ag1klanmt§ttr.
Yukartdaki e§itlilderde :
= Bo§ kulenin kesit alant, m P = Total basmc, attn.
2
S
Fazlarm gergek temas yiizeyi bilimnedigi icin (klSlm 8-25 e bakmtz), birim dolgu hacmine ait kiitle transfer katsayi!art kullamhr. Yukartdaki e§itlik!eri yeni ba§tan diizenledikten sonra, z1 = 0 ve z, = z degerleri arasmda entegre edelim
r·
•
f.
Yi
Y2
kanSPdz ( 1 -y)(g-g,) =. o V
{Xi
J x2 (1 -
dq
dx x) (x,- x)
=.
r•kLaSpmdz L 0
(9-15) (9·16)
ve stvt fazlarm iizellikleri 2. Kulenin herhangi bir losmma ait y ve y1 degerleri (veya x ve x.) ara. smdaki bagmtmm bilinmesi Fazlarm temas yi.izeyinde bir dir_encin bulunmad1g1 (los1m 8-3 e balomz) kabul eclilecek olursa, bu temas yiizeyinde fazlar dengc halinde bulunurlar. Biiyiik 1s1 tesirinin giiriildiigii gene! durumda, fazlann temas yiizeylnin. temperatiirii kule boyunca iinemli derecede degi§ir. Bu temperatiir degi§iininin tayini kar1§1k ·ve uzun zaman alan bir problem olup, burada aQ1klanmas1 yap1lmayacakt1r. 1 S1k s1k kar§lla§llan bir hal olan, her iki faztn da dii§iik konsantrasyonlara sahip ohnalari veya s1v1 faztn sogutulmast gibi durumlarda. hemen hemen i,zotermat ci~
sahife 158-171 e bakmtz.
::>
c
·ii .X ra
J::
1. V ve L nin fonksiyonu olarak, kGa ve kLa kiiile tr!lnsfer. katsayilan, gaz.
Sherwood and Pigford, op.
A(x1,y1l 0
Belirli bir problemin gerektirdigi dolgulu lostm yiiksekligini hesaplamak igin (9-15) ve (9-16) numarah e§itliklerin kullamlmalart, a§agtdaki faktorlerin bilinmeleril!e ihtiyac giisterir.
1
(9-17)
Xt-X
~
0
E
y
.E c(U c 'j;l
:o
....
I'll '1:1 N I'll
N I'll
C'l
>o:
Xj
x,
SIVI
fazda ~ozi.inenin mol fraksiyonu
~Jill 9-11. AbsorPsiyon kulesinde fazlarm esas kUtlesi Uc fazlarm tcmas yUzeyindeki l•rt· lar arasmdaki baAmu.
506
507 $ekil 9-11, sabit temperatiirde gah§an bir absorpsiyon kulesinin §ematik
x, y diyai!;ram•d•r. Atmosfer basmcmda gah§an bir absorpsiyon kulesinde mey· dana gelen basmg dii§ii§ii, total basmca oranla ilunal edilebilecek kadar kiigiik bir dei!;erdir ve bu sebeple, basmcm da sabit oldui!;u kabul edilebilir. Absorpsi• yonun meydana gelebilmesi igin operasyon egrisinin AB, denge egrisi iizerinde yer almas1 gerekmektedir. <;iinkii bu takdirde itici giig y- y1 veya x.- x, Sl· mrh yiikseklige sahip bir kule igir. s1flrdan biiyiik\ olur. A noktas1 kulenin alt k1smmdaki durumu {;1:1 , y 1) ve B noktas1 ise kulenin list k1smmdaki durumu (x,, y,) giistermektedirler. <;iiziinen madde ihtiva etmeyen bir giiziicii kullamldigl igin x = 0 d1r. C noktas1 (x., y,) fazlarm temas yiizeyindeki durumu, D nok· tas1 (x, y) ise gaz ve s1v1 faz kiitlelerindeki durumu gostermektedirler. Bu durumda gaz ve SlVl faza ait kiitle transfer direngleri onemJi bir biiyiikJiige sa· hiptir.
9-10. Denge (!)iizliniirliik). S1V1 igerisinde giiziinmii§ olan bir gaz, be· lirli bir temperatiir ve koosantrasyonda, giiziinen gaza ait belirli bir k1sml ba. smg giisterir. Total basmg biiyiik oldugu takdirde gazm giiziiniirliii;ii· total basm<;:l<,l dei!;i§ir. Bu tesir 5 atm in altmdaki basm.;larda ufaktir ve yiiksek basmg altmdaki gah§malar d•§mda ilimal edilir.
1000 800 600 500 40 0 300 ::>
Vdy - = kaaSP(y1 1-y
y)dz
Yukandaki e§itlik, her iki taraftaki i§aretler degi§tirildigi takdirde, (9-13) nu• marah e§itlii!;e benzemektedir.
./
200
vl"
VI
S1V1 faza ait kiitle transfer katsaylSl, gaz faza ait kiitle transfer katsaylSlna oranla biiyiik bir dei!;ere sahipse, (9-17) numarah e§itligin solundaki oran gok biiyiik ve dolaylSl ile x.::::: x olur. x.·= x olmas1 halind
Striping ve desorpsiyon operasyonlan esnasmda, absorpsiyon operasyonunda meydana gelen olaylarm aksi olur. Gaz fazla siVI fazm birbirleri ile temasa gelmesi esnasmda, gozeltinin uc;ucu komponenti gozeltiden uzakla~tr ve SIVI fazdan gaz faza geger. A§m IStnml§ su buhan kullanuarak aj.tlr hidrokarbon yaglarmdan hafif hidrokarbon yaglan uzakla§tmhr ve bu esnada su buhar1 yo• gunla5maz. Bu striping operasyonuna, bir ornek te§kil eder. Striping operasyonunun incelenme ve ac;:•klanmas1 absorpsiyon ic;:in yap•lanlara benzer. Yalrnz, kiitle transferinin SIVI fazdan gaz faza dogru olmas1 sebebi ile, (9-11) ve (9-12) numarah e§itliklerde artJ. l§areti kullamhr. Bu durumda operasyon egris~ §ekil 9-11 deki denge egrisinin altmda yer almahdtr. (9-13) den (9-16) ya kadar olan e§itlikler, hem absorpsiyon· hem de stripinge uygulanabilirler. Striping operasyonunda, gaz fazda kiitle transferine ait debi degi§ikligi a§aj.tldaki gibidir.
v
~ IL'\9-
\.,.
g 0 0
~
100 80 60
~50 :r: 40
z .... 0!
30
/
/
/
v
/
V-
10 10
~
I/
vv v ·~ ~~v /
y
1/
/
20
v
v
v
v, / , ~/
/
,
1/
20 30
1/ Y'
v
/
,~-
v 50 70 100
200 300 500 7001000
NH 3 un krsmi basrncr, mm Hg ~eltil 9~12.
Amonya~m
su i~erisindeki ~Ozil.nlirlti~U.
Ge§itli gazlar, giizeltilerinin denge durumunda giisterdigi lasm! basm9lardan oldukga farkh basmglar giisterirler. Ornegin, gaz kendisini absorplayan s!Vl ile sa;!:lam bir kimyasal bile§ik meydana getirirse, lasml basmc1 geni§ bir kon· santrasyon alamnda Sifu olur. Diger taraftan oksijen, su igerisinde goziindiij!ii zaman, gok seyreltik sulu gozeltiler biiyiik degerde oksijen lasml basmCI giis· terirler. Bu husus, oksijenin suda az goziindiigii §eklinde de ifade edilir. Kar· §Ua§Ilan diger durumlar, bu iki sm1r deger arasmdad1r ve gene! olarak, ~oziiD· mii§ gazm k1sm! basmcmm dii§iik olmas•, onun giiziiniirliigiiniin bir ifadesidir. $ekil 9-12, 9-13a ve b, 9-14 S1fas1 ile giiziiniirliii!;ii fazla bir gazm (amonyak)', 1
Sherwood, Ind. Eng. Chern. 11:745-747 (1925).
•
508
509
-§ v 5
/
4
....
0>
'3
/
0 0 0
---·"' ~
/
v/
0
CJl
"'
/
2
(f)
....
/
v
...
/
::J V\
1
_..
v
~ ~ ~ ~ 1-
"'
/
/
v
/
/
•
_:}~
..-
,.......
- -/ ......... ..........
"'
,..,. /
f).
/
v ,.......
orta derecede gozlintirliil!;e sahip bir gazm (ktiktirt dioksit)' ve gozi;nurltil!;li az bir gazm (oksijen) muhtelif konsantrasyonlarma ait lasml basmglan gostermektedirler.
.........
1-
•c.
~~
r-
r-
Belirli bir miktarda bulunan bir stVJ, gazm az veya gok goztintirltil!;e sahip olmasma bal!;h olmakstZin, herhangi bir gazm herhangi bir miktartm gozebilir. Goztinme, s1v1 ile temasda bulunnan 90zlinmli§ gazm, ktsml basmcma gore meydana gelir. (;oziiniirliigii az terimi, belirli bir konsantrasyondo. gazm stvl kerisinde goztinebilmesi igin, stvt ile temasta bulunan gaZin ytiksek bir lasml basmca sahip olmast gerektil!;ini ifade eder. Dil!;er taraftan t;oziiniirliigii fazla bir gaz, aym konsantrasyonu dli§lik bir la.sml basmgla verir. Ornel!;in, 10°C de· recede 1QOO gr suda 0,5 gr oksijen ihtiva eden bir ~ozelti, oksijenin ktsml basmct 530 mm (Sekil 9-14 e bakmtz) olan bir fazla temin olunabilir. Dil!;er taraftan yine 10°C derecede 1000 gr suda 0,5 gr SO. ihtiva eden bir gozelti igin (Sekil 943a ya gore) SO> nin ktsml basmcmm 0,85 mm •,!mast yeterlidir . 1,0
~
/
0
20
15
10
5
S0 2 nin k1smi basmc1 1 mm Hg ~kil 9-13a.
.L
0,8
Kiikiirt dioksitin su i!rerisirideki gOziiniirliiS,ii. (dli$lik konsantrasyonda)
v /
200 ::J V\
...en
-
0 0
g
100
~
./
0
(/)
~
"~ .
50
/
/ /
v /
/
/
/
~
/
.,......-
...
0)
~ds
0
/ ~ ~ ::::.- ~ ~ ~ /.. 100 20,0 300
$ekil 9-13b,
bas1nc1, mm Hg
Kiiktirt dioksitin su i~orisiudeki goziintirlfi~U. !Yilksek konsantrasyonda)
~
~~ 200
/
v
/v ./
/~
v
./
v /?,§ly k6
v
~~
400
600
800
1000
0 2 ni n k1smi bas1nc 1, mm Hg
400 500 600 700 800
50 2 nin k1smi
0,2
"~
v
/ / / . / ~ ~ti{ / v/ /':: ~ ~ ~
rr
~
>-::::~
0
0,4
/
8-
r,fo /
~
0 0 0
'\
150
::J V\
...m
0,6
r
v
/
$ekil 9-14. 1
Oksijenin sudaki
gozliniir!U~.
«
511
'10
Bir gaz faZI bir sivt fazla denge durumunda bulundugu zaman, gaz faz i~erisindeki Qoziinen komponenlin lasml basmci, gaz fazm idea! ga.< kanununa uyma" halinde, onun sivt fazdan ileri gelen lasml basmcma e§ittir. Zit alam, prensibi Ile .;ah§an, devamh bir gaz absorpsiyonu operasyonunda elde olunabilecek en kuvvetli <;ozelti, giren gaz faZI ile dengeye ula§mi§ olau <;Bzeltidir. Diger bir deyimle, .;ozlinen komponentin gaz fazmdaki kisml bastLel, <;ozeltiden ileri gelen lasml basmcma e~it olan <;ozeltidir.
peratiirler aynt birirnlerle iilciiliirler. Boyle bir durumda tiim katsavddr, bvlu111
"4 de :l<;Iklandtg. §ekilde, tiim temperatiir dii~ii~ii dikkate ahnarak kolayhkla h•·
saplauabilir.
Gaz <;oziiniirliigiiniin iinemli bir iizel bali, Qiiziiniirliik egrisinin diiz bir dogru oldugu haldir. Bu durumda gaz, Henry kanununa' (las1m 6-6 ya balamz) uyar ve .;oziinliiliik egrisi a§agidaki e~itlikle ifade olunur.
p=Hx Bu e§itlikteki;
(9-18)
p = <;iiziinen gaZin lasmi basmCI, atm
= Henry kanunu sabiti, atm x = <;iiziinen gazm SIVI fazdaki H
mol fliQksiyonu.
Uzakltk
Ornegin, 20°C derecede ve oksijenin 1 atm*e kadar olau lasml basmQ}an !<;in p =4,01 X 10'x
9-11. TUm kiitle- transfer katsay.Ian. Onceki k!Slmlarda gaz faza (gazm esas kiitlelerinden fazlarm temas yiizeyine) ve SIVI faza (fazlann temas yiizeyinden sivtmn esas kiitlesine) ait kiitle- transfer katsayilan ile ilgili e§itlik• ler kurulmu§tur. Isi transfer! ile kiitle transfer! arasmdaki benzerlik sebebi" ile, bu katsayilari bir tiim katsayt i<;erisinde toplamanm <;ok basi! olacagr sauilrr. Fakat miimkiin degildir.
Sekil 9-15. Gazdan
akimiDa
= H'C
veya
p
Gaz fazt
SIVI
faz
----x
= Ji;
Yukandaki ~itlikte C, mol-kgrfm3 ~Ozelti olarak, !rOzUnen komponentin konsantrasyonudur. Hem H' ve hem de H" Henry kanunu sabitleri diye adlandm.hrlar. H. 'n' H" nUn saytsal de!terleri ve birimleri farklt oldujund8.n, bunlar i~in se9ilen birim hangi !
temperatlir farldan.
,.-Fazlann temas yuzeyi
Kimya Iiterattlrlindeki Henry kanunu sabitine ait deAerleri kullantrken dikkutli buIunmak gerekir. <;unkU bazt ha~lerde Henry kanunu ~aAtdak.i ~ekilde- ifade olunur. p
ait
Bir gaz fnZindau bir s1v1 faza kiitle trausferi halinde durum, §ekil 9-16 da giisterildigi gibi, oldukca farkltdtr. Bu durumda §ekil 9-15 deki temperatiir farlamn yerini, konsantrasyon farkt altr. Fazlann temas yiizeyinde konsantrasyon, egrisi siireksizlik giisterir ve x - y, lSI transferinde kendisine ·tekabiil eden temperatiir farlanm aksine, tiim kiitle transfer katsay1s1mn ifadesinde herhangi bir
Sekil 9-15 su buharmdan bir slVIya 1s1 transferinde temperatiir farklll1 giisterme1
SIVIya ISI
Uzakltk Sekil 9-16.
Gazdan
SlVIya
kUtle (komponent) aklmma ait Jconsantra5}'on farklan.
512
513
anlam ta§Imaz. Tiim katsaymm kullamlmasi istenirse, bu hayali bir konsantrasyonu x• (y ile dengede bulunan) veya y• (x ile dengede buiun&n} esas al" mahd1r. Bu durumun bir sonucu olarak tiim kiitle transfer katsayilarmdan biri, tiim hayali konsantrasyon fark1 (x* ~x) ile ve digeri de, yine tiim hayali konsantrasyon far!a (y- y*) ile ·ifadl' olunabilirler.
Yukandaki e§itlikte m, denge e!l;risinin egimidir. Sekil 9-17 den,
g,-g* Buna giire X i - -t'
--; V dg -g
=
KaaSP(g- g*) dz
(9-19)
-Ldx 1 -x
=
· KLaSpm(x*- x) dz
(9-20)
-m
xc-x
=
.
"l
-
y*
m
Bu degeri (9-21) mimarali e§itlig;e koyduktan sonra, e§itlil1;i yeniden diizenk. yelim.
Yukaridaki e§itliklerde; KGa
=
(9-23)
gaz faza ait tiim kiitle tr..:Usfer katsayisi, mol-kgr/(hr)(m')(atm)
Kr.a = SIVI faza ait tiim kiitle transfer katsay1s~ mol-kgr/(hr)(m')(atm)
(9-13) ve (9-19) numarali e§itlikleri birle§tirelim.
y* = gergek siVl faz konsantrasyonu x ile dengede buiunan gaz fazda, goziinen komponentin mol fraksiyonu.
x•
=
ger~ek
gaz fazi konsantrasyonu y ile dengede buiunan SIVI fazda, goziine'n komponentin mol fraksiyonu.
Sekil.9-17, (9-19) ve (9-20) numarah e§itliklerde kullaruian itici giigleri grafik olru:ak gpstermektedir. (9-19) numarah e§itlikte kullanilan itici giig y - y* ve (9-20} de lmUanilan itici giig de x* -x dir. Her iki §ekil de gene! duruma aittir ve hig biri operasyonu kontrol eder durumda degiUerdir. Denge egrisinin diiz bir dogru ohnas1 halinde [(9-18) numarah e§itlige. balamz], bireysel kiitle transfer katsayilan ile tiim kiitle transfer k~tsayiSI arasm" daki bagmtilar (9-13), (9-14) ve (9-19) veya (9-20) numaral1 e§itliklerden tiiretilebilirler. Ornegin, KGa' kGa ve kLa arasmdaki bagmtl ~~aj1;Idaki §ekilde elde olunabi!ir. (9-14) ve (9-19) numaral1 e§itlikleri birle§tirelim.
(9·21) (x.- x) itici giicii yerine, gaz fazmm konsantrasyonu olarak ifade olunan e§deger bir itici giig konuiur. Gaz fazmm ideal bir gaz oldugu kabui edilerek, (9-18} numaral1 C§itlikten denge doi1;rusunun el1;imi buiunur.
00~-------~--~------~--~---X Xj ~
p- Pg=Hx
H g=-px-mx
x, (9-22)
SIVI
fazda ~i:izunenin mol fraksiyonu
$ekil 9-17. Gaz absorpsiyonunda itiei 1. c;atal~q -
Kimya MllhendisliAine Giris
gli~ler.
F. 33
515
514
kaa(y - y,) Y-.,.. Yt
=
Kaa(y - y*)
Kaa(y -y*) kaa
=
(9-24)
(ll-23) ve (9-24) numarah e§itlikleri toplayahm.
(y- y;)
+ (y;- y') =
. * (y- y)
m =
KaaP(y - y*) kLaPm
+ Kaa(yy*) kaa
Buna gore,
m
= T{ fP
1 kaa
mP
1 Kaa
~
+ kLaPm
(9·25)
_1_ Kaa
=_I_+_!!_
(9-26)
oldugu iQin
kaa
kLUPm
Yukandakine benzer bir i§lemle, a§ai?;J.daki e§itlikler bulunur.
1 KLa -
1 kLa
ve
1 - _1KLa - kLa
+ mkaaP Pm
(9-27)
+ __£...___
(9-28)
Hkaa
K1s1m 4-5 ve 4-10 da aQiklin'ldigi. gibi, bir katsayimn (iletkeuligin) ~§ltl direnQtir ve bu sebeple, tiim direnQ kendisini meydana getiren bireysel drr~~Q lerin toplamma e§ittir. Ayni §ekilde kiitle transfer katsayismm kar§IU, kutle transfer direncidir ve tamamfin 1s1 transfer direncine benzer. Bu sebeple (9-25) den (9-28) e kadar olan e§itliklerin hepsi a§ai?;Idaki §ekildedir. Tiim direnQ
= (gaz faz direnci) +
(s1Vl faz direnci)
Kar§Ila§Ilan herhangi bir durumda bireysel kats~y•lar kGa. v~ .kLa, nisbeteR sabit olsalar bile, denge egrisi diiz bir dogru ohnad1gi (m degi§hi?;l} veya molal yogunluk p, degi§tigi takdirde, tiim katsayilar degi§irler. Bu sebe~le s.adece m ve Pm in sabit olmas1 halinde, tiim katsayi!ar kullamlmahdrr ve bOylehkle kon• santrasyona bagh olmazlar. Bunuula beraber, ynkar1daki §artlar mevcut olma.sa bile, bireysel katsayllarm hesaplanabilmeleri iQin (9-15) ve (9-16) num:u:al• e~.•t liklerin ihtiyaQ gosterdigi bilgilerin her zaman bulunamamas1 sebeb~. ile, tum katsa}'llar kullamhr. Deneysel olarak tesbit olunan s1mrh §artlarda, tum katsayllann ekstrapoiasyonu dikkatle yapihna!Idir. (9-25) numaral1 e§itligi inceledigimiz zaman m nin Qok ufak olm~s~: ~Ga ve kLapm nin ayni biiyiikliikte bulunmas1 halinde, KGa :::: kGa olacag1m goruruz. Bu
sebeple, Qiiziiniirliigu fazla olan gazlar iQin, gaz faza ait direnQ en biiyiik onemi ta§Imahdir. Buna benzer §ekilde (9-27) numarah e§itlikten, m nin Qok biiyiik olmas1 halinde, s1v1 faz direncinin en biiyiik onemi ta§Imas• gerektigi sonucu Qikanhr. Bununla beraber, faz :lirenQlerinin relatif onemi, aym zamanda bireysel katsayilar•'! relatif biiyiikliigiine de baghd1r. Bu sebeple, kriter olarak sadece gazm Qoziiniirliigii kullamlmamahd•r. lsi transferinde oldugu gibi, tiim katsayilann bireysel kalsayllara oranla, daha fazla degi§kenin fonksiyonu olacag1 aQikhr. Kiitle transferi ile ilgili ara§tumalar bireysel katsayllann .hesaplanmalarma yonelmi§tir. <;:iinkii bugiinkii durnmda, fazlar. aras1 yiizey iQin soz konusu §artlar1 dogrudan dogruya tesbit etmek miimkiin degildir ve bireysel katsayilarm hesaplanmalar1 konusunda, degi§ik ba§an derecesinde olmak iizere, indirekt metodlar kullamlmaktadir. Dolgulu 9-12. .SIVI faz kiitle transfer katsaYJiarmm korrelasyonu. kulede bireysel kiitle transfer katsayiSlmn kLa deneysel ara§tmlmasl ile ilgili esas metod', kiitle transferine kar§I olan direncin hemcn hemen tiimiiniin, s1v1 fazda meydana geldigi KLa = kLa bir sistem ve §artlar iizerine kurulmu§tur. KIsim 9,11 de aQikland•i?;I gibi, goziicii iQerisinde Qok az Qoziinebilen gazlarm bulunmasl halinde, SIVI faz direnci hakim durumda oldugu igin, Qiiziinebilen komponentler ba§hca oksijen ve karbon dioksiddir. Sadece sulu Qozeltiler kullamlmaktadir. Bu gazlarm absorpsiyonvndan ~ok, sudan havaya olan des 0 rpsiyonlarmm incelenmesi daha uygundur. CO, takdirinde absorpsiyon ve desorpsiyon debileri arasmda bir fark meyd
(9·29) Yukar1daki e§itlikte,
= coziinen komponentin SlVl iQerisindeki difiizyon katsaylSl, m•;saat ex = kullamlan dolgu malzemesine ba~h bir sabit GL = bo§ kllle kesit alamm esas alan s1v1 faz kiitlesel debisi, kgr/(hr)(m') t.tL = .stvtmn viskozites~ kgr-kiitle/(m)(saat) PL = SlVInm yogunlugu, kgr-kiitle/m3 n ·=. kulanllan dolgu malzemesine bagh bir sabit
DL
Bu, saf bir gazm bir stVI icerisinde absorplanmast olayt olmahdtr; ~Unkli bu durumda direnf;, sadece SIVl faz direncidir. Dolgulu kule iyin bu tip bilgi yaymlanmamt~ ttr. Bu memnuniyet veren sonu!rlann elde edilememi~ olmasmdandtr. R.P. Whitney and J.E. Vivian, Chern. Eng. Progr., 45 : 337 (1949). daki a~Iklamaya bakmtz. • T.K. Sherwood and F.A. Holloway, Trans Am. lnst Chem. Engrs., 36 : 39-69 (1940).
1
517
516 9-3. (9-29) numarah e$itlikte kullamlan a ve n de~erleri (Kaqnlarmda bilgi verilmeyenler geli11igiizel doldurulmu$1ardlr)
Tablo
Dolgu malzemesinin tipi 9,5 mm Raschig halkalan 12,5 mm
25,0 mm 38,0 mm
' ' •
• •
. . . . .
' 51,0 mm • • 12,5 mm Berl eyerleri 25,0 mm • • 38,0 mm . • ' 76,0 mm tek-spiralli tu~la ($a$lrtmah yerl~tirme) . 76,0 mm li~':'spiralli tuAla ($a$trtmah yerl~tirme) . 76,0. mm bolmeli tugla (!ru;lrtmalt yerl<~tirme) • 6295 numara, damlatma U!;lu tu~la (devamh yerle!;tirme)
a.
n
Referanslar
4.400 1.440 430 380 340 690 780 736 115 395 60
0,46 0,35 0,22 0,22 0,22 0,28 0,31 0,28 0,15 0,28 0,09 0,31
1
655
I
1 1 1 1 I
1 ~
2 2 2
1. T.K. &berwood aad F.A. Holloway, Trans. Am. [nst. Chern. Engrs., 36: 21-36 (1940) 2. M.C. Molstad, J.F. Me Kinney, and R.G. Abbey, Trans. ~m. but. Chern. Engrs., 39:. 605-660 (1943).
(9-29) numarah e~itlik boyutsuz bir e~itlik dei?;ildir ve bu sebeple a. nm sa}'lsal degeri kwlamlan birirnlere bai?;hdtr. Tablo 9-3 de ~e§itli tipdeki dolgu malzemeleri i9in n ve a dei?;erleri verihni§tir. a. mn ·dei?;erleri" (9-29) numarah e§itlikte yer alan dii?;er sembollerin birimlerine baghdrr. Yiizey geriliminin SIVl faz kiitle transfer katsa}'llan iizerinde biiyiik tesiri vardtr, 90zeltiye 1slabC1 maddelerin illlvesi CO, nin sudan desorpsiyon debisini onemli derecede azalbr1• Bu sebeple (9-29) numaral! e~itligin, sulu 91izeltiden ba§ka l,)Ozeltilere uygulanmas1 giivenilir sonul,)lar vermez. Gazlann slVllar i9erisindeki difiizyon katsa}'lstna ait deneysel bilgi ve dei?;erler olduk9a hatahd1r. Elektrolit olmayan 9iizeltiler i9in amprik korrelasyonlar ;a}'lnlanmi§ olmasma rai?;men, bu husus i<;in gene! bir korrelasyon heniiz yoktur". Seyreltik 9iizeltiler iQin deneyle bulunmu5 dei?;erler Perry'nin kitabmda te blo halinde verilmi§tir".
9.18. Gaz faza ait kiitle transfer katsaytlan. KlSlm 8-5 de gaz faza transfer katsaylSinm ISiak duvarh kolonda uas1l hesaplanacai?;1 al,)Iklanmi~tlr. Elde olunan bu bilgiyi, dolgulu kulede kullanmaya 9ah§acak olursak, zorluklada kar~Ila§mZ. Buna sebep 1slak duvarh kolonda gaz fazla s1v1 faz arasmdaki temas alanmm bilinmesi ve kc nin doi?;rudan doi?;ruya hesaplanabilme-
ait
kiitl~
1 T. K. Sherwood aad F. A. Holloway, Tran• Am. Inst. 9hem. Engrs., 36:21-35 (1940) • C. R. Wilke, Chem. Eng. Progr., 45:218-224 (1949) • Perry, sahife 540, tablo 13.
sine kar~ilik, dolgulu kulede bu temas alanmm bilinememesi ve ko yerine kGa nm kull'lmhnasmdaki zorunluktur. Orta biiyiikliikte boyutlara sahip 1slak duvarh bir kolonda buharla~an sa£ siVI}'I goziiniine alahm, gaz faZI s1v1 fazla dengeye eri~mez ve lasmi basm9 farklan giiriiliir. Dolgulu kulede, dolgulu lnsmm 90k ufak bir parl,)asmda sistem hemen hemen dengeye eri~ebilir ve k1smi basm<; farklan ol<;iilemeyecek ~adar ufak bir deger alabilir. Bundan ba§ka dolgulu kule deneylerinde SIVI fazdaki temperatiir farklar1, dolgulu k1smm ufak bir par 9as1 kullaPilmi?;I zaman ortadan kalkar ve heniiz tamamen aydinlatiimami~ diger faktiirler, konuyu daha da karl§Ik bir hale sokar. De!ige ei?;risinin lineer oldug;u ~artlarda hava-amonyak kan~Immdan amonyagm, bir dolgulu kulede su tarafmdan absorplanmasma ait (dcgi§ik dolgu malzemeleri i9in) pek 90k dei?;er elde olunmu§tur. Tum kiitle transfer katsa}'ISInm Koa bu ~ekilde bulunan deneysel degerlen ve s1v1 faz kiitle transfer katsay1smm kLa (9-29) numarah e§itlikten hesaplanan dei?;erleri, (9-25) ve (9-26) numaral1 e§itliklerden biri kullamlarak kGa dei?;erlerinin elde olunmasmda kullabilirler. Bu yolla elde olunan kGa dei?;erleri, saf s1vii~rm buharla§masmdan1 elde olunan dei?;erlerden olduk<;a azd1r ve bu. sebeple ger9ekten giivenilir degerlerdir. Daha onceki aQiklamalarda belirtildigi gibi, gaz faza ait kiitle transfer katsa}'lsi koa ile ilgili mevcut bilgi, herkes tarafmdan kabul edilebilecek bir korrelasyona imkllo verecek durwnda degildir". Belirli bir dolgu malzemesi, doldurulma diizeni ve sistem i<;in, elde mevcut bilgilerin kullamlmasmda genellikle izlenen yol kiitle transfer katsaylSinm, gaz ve sivi fazlara ait kiitlescl debilerin GG ve GL bir fonksiyonu oldui?;unun, kabul edilmesi esasma dayamr Bu husus a§ai?;•daki §ekilde ifade olunur. (9-30) Yukandaki. e~itlikte b, 1' ve r nin her biri ozel bir hale ait sabitlerdir. 1' ve r iislerinin hirer sabit .oldui?;u dii~iincesi ger<;ekle~meyebilir'·'. Bu dej:ii§melere sebep kG ve .a .mn aym degi§kenlerden aym ~ekilde etkili olmamalandir. Bununla beraber, daha miikemmel bir uygulamaya yetecek bilgilerin mevcut olmamasl sebebi ile, yukandaki tipde e~itliklerin kullamlmasma devam edilecektir. SlVl faZI seyteltik sulu l,lozelti olan sistemler takdirinde <;e§itli inert gaz-l,)oziinen komponent kan§Imlarmm kGa dei?;erlerinde meydana getirdii?;i degi§meler (9-30) Perry, sahife 687, tablo 34. m Gaz fazda klitle transfer katsayiSina ait bir korrelasyon i!rin H. R. C. Pratt, Trans. Inst. Chern. Engrs. (London), 29: 195-210 (1951) e. bakmtz. 3 S.L. Hensel aad R.E. Treybal, Chern. Eng. Progr., 48 : 362-370 (1952). • H.L. Shulman and J.J. De Gouff, Ind. Eng. Chern., 44: 1915-1922 (1952).
· 1
518
519 Tablo
9~4.
Amonyak ~ hava - su sisteminin absorpsiyonu (9-30) numarah e$itlik i!;in lis ve sabitler
Tablo 9-5.
25 mm* Raschig halkalan icin bitgi Ozetleri
(Dolgu malzemeleri geli$igiizel doldurulmu$, diger tip doldurulmalar aynca belirtilmi$tir)
I I
b
Dolgu malzemesinin tipi ,
I . 12,5 mm Rasching halkalan 25,0 mm • • 38,0 mm • • 25,0 mm • • 25,0 mm Berl eyeri 15,0 mm tek spitalli tUgla ($ru,Irtmall yerle$tirme) 75,0 nun iili spiralli tugla (!a!Irlmall yerl<~tirme) 75,0 mm btilmeli tuB;la (devam.ll yerle$tirm'e) 9295· numara, damlatma U!;-lu tu8la . .
I. 2. 3.
p
-
r
0,39 0,90 0,0135 0,77 0,20 0,1238 0,72 0,38 0,0392 0,09 0,16515 0,88 0,75 . 0,40 0,62 0,65 0,29 0,0577 0,61 0,44 0,0277 1,o6 0,000097 0,42 0,839 o,oo 0,028
Referanslar
b'(Ga)•(GL)'
(p:Da)'
Amonyagm · absorplarlmrun
Amonyajtn absorplanmast Amonyagm absorplanmast Amonyagm, asetonun, metanolUn ve etil alkoliiu absorpsiyonu . . . . . . . . . . . . . 490-4890 Suyun, metanollin ve benzenin buharla$mast 680-2440 Suyun buharla$mast 1110·4890 Islatllmt$ delikli dolgu malzemesinden, suyun buharla!Jmast 490--4890 Amonyagm absorpsiyonu 980-4890
2 2 2 2 2 3
(9-31)
Kullarulncak s dej!erleri hakkmda heniiz gene! bir fikir birlij!ine eri§ilememi§tir. Bugiin ir,in s degerinin -2/3 ahrunas1 ogiitlenmektedir. (9-30) numarah e~it likte kullamlan b, p ve 1 ye ait literatiir degerleri, amonyagm su tarafmdan absorpsiyonu iQin, 9-4 J1.Umarah tabloda iizetlenmi~tir. En giivenilir ve en geni§ bilgiler'. transfer birimleri" ad1 altmda ve diyagramlar halinde verihni§tir. Transfer birimi kavrami kisim 9-14 de aQiklanacaktlr. 25 mm lik Raschig halkalar1 kullamlarak amonyagm su tarafmo:lan absorplarunasi muhtelif ara§tlpcllar tarafmdan yapllmi§ ve (9-31) numarah e§itlikte yer alan tis terimleriniu degerleri, bu sistem iQin 9-5 numarah hbloda verilmi~tir. (9-31) numarab e§itlikte yer alan b' sabiti ile (9-30) numarah e~itlikte yer alan b sabiti arasmda, a§agidaki gibi bir bagmtl vardrr. ,
b' 1
•
Perry, sahife 687. Perry, sahife 688-690.
=
b (IJ.a!PaDa)'
........ ....... . . ...... . ........
GL
270-2590 2150-10000 3200-19780 330-3300 5270 3050-11700 490-3900 14650-48830 1465 730--4890 2440 730--4890
I
numarah e~itlikte, boyutsuz bir grup olan Schmidt say1smm e§itlij!e dahil edilmesi ile dikkate almmi§ olur. =
Amonyagm su tarafmdan absorpsiyonu Amonyajm su tarafmdan absorpsiyonu Suyun buharla$mast
I I
0. E. Dwyer and B. F. Dodge, Ind Chem. Eng., 44: 485--492 (1941) Molstad, Me Kinney and Abbey, Zoe cit. • L. F. Parsly, M. C. Molstad, H. CreSs and L. G. Bauer, Chem .Eng. Progr., 46: 17-19 (1950)
kaa
Gc
I
p
0,50 0,50 0,95 0,88 0,90 0,51
T
0,40 0,36
......
.............
............. ..........
. ......
0,59
......
2440-22000
cie~i11ir
de~i1ir
* Shulman and De Gouff,
0,72 0,90
-0,67
0,09
2440-14650 2100-24400 2640-13000
de~i$ir
I__:_
de&h;ir -0,67 0,00 -0,15 0,07 -0,67
foe. cit.
OldukQa fazla say1da deg•~me meydana gelir ve kGa mn degerini hesaplayan metodlardan, tamamen iyi sonuQ veren biri, heniiz bulunamami§hr. kc ve a faktiirlerini ayn ayn hesaplamak1 daha uygundur fakat, muhtelif dolgu malzemeleri ve gaz-siVl sistemler_i hususunda heniiz yeterli bilgi mevcut dej!ildir.
Omek 9e4. k1a&tda a~Ildanan deney sonu~lan, 690 mm yiikseklikte ve 25 mm lik Raschig halkalan ile doldurulmu'i bir absorpsiyon kulesinde, amonyagm havadan suya a~ sorplanmast esnasmda elde olunmu11tur. (a) TUm kiitle transfer katsaytsmt Kcfl hesaplaymtz. (b) Gaz faza ait bireysel kiitle transfer katsaytstmn k0 a de&erini hesaplaymtz. (c) (b) !osmmda hesaplanan kca dej!eri ile, (9·4) numaralt tablo ve (9-30) numaral1 e$iiUkten hesaplanan· kca deli;erlerini ka!li13.'ittnmz. Deney
sonu~lan
Stvl temperatiirii ·= 28°C Sn debisi (amonyak hari>)
=
14.650 kgr/(hr)(m")
Bastn):: Dolgulu ktsmm altmda Dolgulu ktsmm Ustiinde
= 155,5 mm Hg. = 755,2 mm Hg
Havanm debisi (amonyak hari>)
=
1
=
1.120 kgr/(hr)(m")
Shulman and De Gouff, loc. cit. Molstad, Me Kinney and Abbey, foe. cit.
521
520 Konsantrasyonlar :
In (
Szvz fa_z
m'
Dolgulu ktsmm iistUnde: Dolgulu ktsmm altmda:
-=48,4
0,0000127 kgr NH,/kgr H,.O 0,000620 kgr NH,/kgr H,.O
p
x ve m' arasmdaki bali;mti
Dolgulu ktsmm iistlinde: Dolgulu ktsmtn albnda: ~zilin.
0,000438 kgr NH,/kgr hava 0,00837 kgr NH,/kgr hava
(a) Bile$im ve debilerle ilgili deney sonu!i(lanm kontrol etmek i!rin kUtle
Kuleyi terk eden ~ozelti 0,620 kgr NH,/1.000 kgr H,.O degerinde NH, ihtiva ettigi i>in, paydadaki m' ihmal edilebilir ve x = 0,01802 m' bulunur. bi~
b~vurulur.
Buna gOre m'
p
Absorplanan amonyak (stvt faz debisi ve konsantrasyonu esas abnarak.) : 14.650 (0,000620- Q,0000127)
= 8,89
kgr/(hr)(m')-
Absorplanao amonyak (gaz faz debisi ve konsantrasyonu esas almarak) :
Mol fraksiyonu olarak ifade olunan konsantrasyonlar Yt
X
0,000438/17,03 0,000438/17,03 + 1/29
= 0,000745
0,000620/17,03 x, = .,...,.~=='-::--.:._,.,..,...-,.,- = 0,000656 0,000620{17,03 + 1/18,02 X
_
•-
0,0000127/17,03 = 0,0000!3 44 0,0000127/17,03+1/18,02
x ve y nin ufak degerlere sahip olmast halinde, operasyon do8rusuna ait ~itli8in [(9 ·10) numarah e$itlik] hemen hemen lineer olmast gerekecektir ve deney sonu!;larmm hassasiyet smtrlan i!rerisinde, lineer oldugu kabul edilebilir. Konu olan sistemin denge, durumuna ai.t bilgi, seyreltik !rOzeltiler igin, a$a&tdaki ~itlikle bulunabilirl.
Yukandaki e!iitlikte
9 = (0,994) (U,Ol8U2) (48,4)
Gaz faza ait kiiUe transfer katsaytstm esas alan debi
0,00837/17,03 = 0,00837/17,03 + 1/29 = 0,01405
y2=
p = gaz fazda amonya8m k.tsmi basmct, atm. m' = 1.000 gr suda amonya8m mol saytst T = mutlak temperattir, °K
O.L. Kowalke,· O.A. Hougen, and K.M. Watson, Bull. Univ. Wisconsin Eng. Exp. Sta. ser. 68 (125)
x
= 48,4 = (0,01802) (48,4)
Kulenin ortalama basmct 755,4 mm Hg veya 0,994 atm. dir. Bu sebeple denge baBmttst gtdaki 1ekilde yllZllabilir.
1.120 (0,00837- 0,000438) = 8,90 kgrf(hr)(n>2)
1
m'
.• =
Gaz jazz
lan!;osuna
~,)=-3,88
-Vdy
1-9 Dd:i$kenleri aytnp
~itliii
a,a~
1,154 X ~itligi
a$aijtdaki gibidir.
Kaa SP (9- 9') dz
(9-19)
entegre edelim.
91 /.9 2
d9
"<1,..-,·""u2>T:(y:---=u"''>
=
!'o
Yukandaki e,:,iUigin sag tarafmm entegrasyonu, Kc;«/V nin sabit oldu8unu kabul esasma dayantr. Kc;«, Gc ve GL nin bir fonksiyonu oldugu i~in. bu, yak.la!itk olarak dogrudur ve seyreltik ~Ozeltiler takdirinde GL sabit kabul olunabilir. Bundan ba$ka,
baSmtlst vardtr. Bu ~itlikte Mort. gaz fazm crtalama molektil a8trh8tdtr. Bu sebeple V /S nin doirudan dogruya Gc ile orantth olabilecegi dii$iintilebilir. Bu durumda
y nin degeri ufak oldugu i>in
Yt dy /.92 "(1;--y-i):C('y--9...) "" (1
1 /.Yt dy y),,,, 92 g---y-.
Hem denge egrisinin ve hem de operasyon doS:rusunun diiz bir dogru olmalan halinde, 111alltdaki ba)!mll yaz!labilir.
523 D
'· = (1,76 x 10-•(1,005)(301) ) , = 217 , x IO-'m'/. c samye 0 830 293
D 1• = 2,17 X 10-• X 10-4 X 3.600 = 0,7812 X 10-5 m"/hr
(y,- y,•)- (y,- y,')
Yukandaki e!}itlikte;
In [(y 1
= 1,154 x
y* Y1 -
<;Ozeltinin seyreltik olmast sebebi ile GL = 14.650 kgrf(hr) (m2} ahnabilir.
y 1•)jly2 - Y2H
k 1• a
oldugu i~in
Y 1* = 0,01405-0,000656 X 1,154
= 0,01329
=
·
0,01256
0,01329-0,000729 In (0,01329 /0,000729)
2,90
I I mP k 0 a==K0 a - KLaPm
0,00433
Pm a
Bu sebepten,
J.
dg ( I ) ( 0,01331 ) Y2 "(1--g);"T-(g--y"'•J ~ 0,993 O,U0433 g,
KaaSPz
v
z
= 0,69m
=
S,IO
I
kc;a
P = 0,994 atm
c)
v
·s
= (1.120) (.!. + 0,00837 + 0,000438)- 38 9 ( ~) • .S •••· 29 2 X 17,03 -
9-3 numarah tablodan 25 mm lik Rasching halkalan i>in a
~-'L
= 430
ve n
* Perry, sahife 540.
= 1.120
= 0,22
dir.
atm.
0,00526
mol-kgrf(hr) (m3) (atm)
= 0,77
ve r
= 0,20.
li;
Raschig halkalan
Bu durumda
(I
= 0,1238
+ 0,0044) = 1.125
ve
(1.125)0 •77 (14.650) 0 ~
= 1~8,6
GL
(9-4) numarah tablodan (dipnot 2) b = 0,16515
kc;a
(9~30)
i~in,
numarah esitlik asa&tdaki sekli
= (0,16515)
(1.125)0 ·"
Ga0 ·'17 G,O!JIJ
= 14.650
degerini kullanahm.
mol-kgr/(hr) (m3) (atm) p = 0,88
r = 0,09
(14.650)'·" = 194 mol-kgr/(hr) (m'J (atm)
Her iki tahminin aym sonucu vermesi bir rastlantldtr. Bununla beraber yaptlan ·On tahminler ile deneysel de~erler birbii"lerine olduk~a uymaktadtr.
=
(.tL t
p
kc;a = (0,1238)
Perry'nin Chemical Engineers' Handbook adh kitabmm 540 met sahifesindeki 13 nu'~arah tablodan, N~ lin 20°C daki su i~erisinde ~Oziinmesi i~in, DL 1,76 x 10-ti crri'-fsaru~e. olarak bulunur. DLlJ.dTL degerinin sabit oldu&u kabul edilecek olursa*, a!}ag1daki C$Itlik kullamlarak (ufak bir temperatiir arahit i~in) DL degerinde bir dtizeltme yapllabilir.
TL 20
= 0,1238
Gc
'pLDL
DL = (1,76x10-') ( ~-'L) ( TL)
= 190
kca
IOO(GL)0,7B(~)O,S
= 1,005 santipuaz 28°C da P.L = 0,836 santipuaz
(1,154)10,994)
mol.kgr/(hr)(m')
t;ozeltinin Ozellikleri esasen 28°C derecedeki suyun Ozellikleri ile aym.dtr. Bu sebeple p" = 996 kgr-kiitle/m3 ve J.tL = 3,01 kgr-kiltle/(m)(hr)
2o•c da J.tL
1
= 0,994
(9-4) numarah tablodan (dipnot 1) 25 mm b
Bu durumda (9- 29) numarah e!}itlik a!}a8tdaki !}ekli ahr.
28°Cda
P
ahr.
3,10 X 38,9 K G a= 0,9 94 X 0 , 69 = 176 mol-kgr/(hr) (m') (atm)
DL
55,33 mol-kgrfm3
m = 1,154
= 3,10
Kaa= Pz
kL a=
~B~ =
ka a= 176- (49,14)(55,33)
3,10
b)
I0-7) (747) (61,97) = 49,14 mol-kgrf(hr) (m3)
(9-25) numarah esitlikten
Y2 -Y,* = 0,000745-0,00001344 X 1,154 = 0,000729
(y-_,*)_
= (430) (78,12 X
Omek 9r5.. mol yiizdesi olarak % 5,0 aseton, '% 1,5 su buhan ve geri kalam havadan ibaret bir gaz kam,nmt atmosfer basulcuida 9aheyan dolgulu bir kulede, su ile ytkanmaktadtr. Gaz kanstmmda bulunan asetonun % 95 inin kurtanlmast istenilmektedir. Ytkama olayt 25°C derecede ve izotermal ~ahsma sartlan altmda yapllmaktadtr. Yllcama kulesi 38 mm Raschig halkalan ile gelisiglizel dolduru!du&u ve kuleye 90 mol~kgr/saat debide gaz kan~ !}tmt gOnderildi~i takdirde, kule 9apm1 ve ltizumlu dolgu ytiksekli8ini hesaplaymtz. Kulenin list ktsmmdan 4.900 kgrfsaat debide su gOnderildi&ini kabul ediniz. <:Oziim. BUtiin bilinmeyenlerin hesaplanmasmda ilk adtm, kuleyC giren ve kuley.i terk eden gaz ve stvt fazlann konsantrasyon ve miktarlannm hesaplanmalan olmahdtr. Kuleyi terk eden gaz kan$tmmm 25°C da su buban ile doymu$ oldugunun kabul edilmesi gerek~ mektedir. Kuleyi terk eden gaz kanstmmda su buhanmn ktsmi basmct 0,0312 atm dir.
524
525
t;OziJ.me bqlangzf ve temel: 90 mol-kgr giren gaz
kan~um.
Giron gazda asetonun mol saY!Sl
= (90) (0,05) = 4,50
<;tkan gazda .Setonun mol say1s1
= (4,5) (I - 0,95) = 0,225 ·
Gaz kan!tnumn (giren) ortalama molekill a~trbjJI: 2.726/90 = 30,3 kgrfmol-kgr. (30,3) (1)
PG-= (0,082) (298)
5.123,7 (1.24Q)O,S _ O 660 2.726 . 990 - ,o
'= (90) (0,935) = 84,15 Ctkan gaz
Giren gaz mol
Komponentler
84,15
0,9662
Su buhan
1,35
b
0,0312
Aseton
4,50
0,225
0,00258
Toplam
90,00
84,375
(3~6~n
84,375
GGF
b' + 2,72 =
;n rp:~::)
=
o.n
9-1 numarah tablodan, 38 mm lik Raschig balkalan i~in (a.fF') = 330. COzelti (slVl) viskozitesi olarak suyun 25°C daki viskozitesini kullanabm uL = 0,890 :santipuaz.
0,,9998
+ b = 2,72
~ekil 9-5 de absisin 0,0660 dderine kar~t ordinat d~i,eri ~aAtdaki gibidir.
Mol fraksiyonu
Mol
84,15
Hava
3
kgr/m
PL = 990 kgrfm• •
AbsOrplanan asetonun mol saytst = 4,215
Giren gazda havanm mol saylSl
= 1•240
= ~.850 kgrf(m") (hr)
T!l!ma htzmm (debisinin) % 60 1m kullanalun: G0 = 1.710 kgr/(m") (hr)
87,095
Giren gaz debisi ............ : 2.726 kgrfsaat Kuleye giren su}'un bir ktsmmm buharl~mast sebebi ile, kuleyi terk eden suyun miktan, girenden azdtr. Kuleyi terk eden stvt faz ru;aitda hesaplanan miktarda su ihtiva -eder. Buharl~an
suyun mol saytst: 2,72-1,35 = 1,37
Kule kesit alant
2.726/1.710 =·1,60 IIi'
Kule
1,43 m
!;l!Pl ................. ::
Capt 1;40 m olan kule kullamlacak olursa, bunun kesit alant 1,54 m3 olur. Kulenin alt bsnun'da gaz ve stvt fazlara ait geJF:k debiler a~a~tdaki ~ekilde hesaplamr.
4.900 18-1,37 = 270,85 mol-kgr H,O/saat .Absorplanan asetonun mol saytst : 4,275 mol-kgrfsaat Asetonun mol fraksiyonu : Giren ve
~lkan
4,275 270,85 4,275 = 0 •0156 =
+
Gc =
r,
GL =
aktmlarda asetonun mol fraksiyonu
i~~!•7 =
3.330 kgrf(m") (hr)
tirak etmesi (aseton absorplantr ve su buharl~tr) sebebi ile, (9-10) numaralt e~itlik uygula-
r"'----L..,
P=1 atm
5
Ga 1.770 · Gap- 2.850 = 0,620
Operasyon elrisine ail e#tlik. Bir komponentten fazla komponentin klitle transferine i$-
y2 =0,00'258
X 2 =0,00J.
2.726 , = 1.770 kgr/("\") (hr) 1 54
Aamaz. OmeAin,
• Kulehin list k.tsD.llnda,
25°C Kulenin alt klsmtnda,
Ly1--ooso ' Kule fapznm hesaplanmasz. Mak.simum aktm debileri kulenin alt klsm.tnda meydana gc.. leccktir. TW~ma amndili gaz aktm htzt, kulenin bu k.ts~1 esas ahnarak hesaplanacakttr.
S1V1
(~tkan)
debisi
Gaz (giren) debisi
+ (4,275) (58,1) = 5.123,6.8 kgr/saat · (4,5) (58,1) + (1,35) (18) + (84,15) (29) = 2.726 kgrfsaat
Farkm ufak olmast sebebi ile, miibendislik a!;tsmdan L' fV' ortalamastmn ahnmast, tatminkAr sonu!; verir. (9-10) numarah ~itlikten faydalanmak ve x3 = 0,0 i!;in Y:a = 0,00258 almak: sureti ile, asaAtdaki baimtt yazllabilir. y -g
-~-- -
(270,85) (18)
•
Perry, sahife 192
X
3,171--x + 0,00258
526
527
Yukandaki e!iitlik, giren gaz bile~imine tekabtil eden bir x de~eri verir. L' /V' nUn ortalama de&erinin kullamlmasi sebcbi ile, bu de~er oldukca yliksektir. ~ilen :r, deAerileri i~in he. saplanan y de&erleri B!';niida verilmi'}tir.
r
y
0,000 0,004 0,008 0,012 0,016
0,00258 0,01543 0,0290 0,0426 0,0500
::>
c 0
<'
>·v; .X
,_·~
~
Aseton- hava-su buhan sisteminin 2~°C derecedeki denge durumuna ait bilgi kimya .literatiirlinde mevcuttur1• Bu de8;erler, ilgili konsantrasyon smtrlan ve 1 atm basm~ gOzOnline ahnarak ~a8:1da veril~i~Jtir.
~
0
E c c
::>
Asetonun mol fraksiyonu Stvt fazda r
0 -a; o,
Bubar fazmdt y
0,0000
0,0000
0,0100
0,0200
0,0200 0,0300 0,0400
0,0382 0,0552 0,0697
Yd
.g
....1;1 Ol "'' N
>.
Bu deB:erler 9-18 numarah diYa&rama korimu$tur. Denge egrileri JZOk az bir e8rilik gOstermektedirler.
KlUte transfer katsay1larmm hesaplanmasr. Ytizeye ait klitlesel h1zlar (debiler) kule' boyunca ~ok az de8i$tiji i!rin, kUtle transfer katsayllan da pek, 3.z de8i~ir. Operasyon ve denge eA;rilerini (~ekil 9-18) inceledi8:imiz zaman, kulenin list ktsmmda en az itici · &Uctin (potansiyelin) var oldu~u gOrilliir. Kiitle transfer katsaydan, kulenin list ktsmmdaki debiler gOzOnUne ahnarak hes8.p1anacakhr. Tablo 9-4 de 38 mm Jik Raschig halkalar1 ve amonyak-su sistemi i~in verilen deB:erler kullamlacak olursa, (9-30) numarah ~itlik arjaB:tdaki rjekli ahr.
0
o
Sek.il 9-18. l)mek
9-5 in ~OzilmU. Denge ve operasyon doA;rulan ve fazlar aras1 ylizeyle
ilgili bilgiler, (9-31) numarah C$itlikten, havadan aseton absorpsiyonu
'
t1G ve fJG gibi gaza ait '640 G G = 2.520 1,54 = 1. (k
yonu ile ilgili
4 900 G l. = 1,54 =3180 · •
= 174
(mol-kgr)/(hr) (m") (atm)
D.F. Othmer, R.C. Kollman, and R£ White, Ind. Eng. Chern., 36 : 963-966 (1944).
i~in
(l'a/Pa Da) 213NH3
(k
Kulenin list ktsmtnda;
o,03
0,02
0,01
x. s tV I fazda asetonun mol fraksiyonu
IJ.G/{)cDc
de~erler
= (k
Ozelli~ler i~in,
de~eri temperatUre olduk~a az tAbi -oldugu i~in. 25°C daki deAerinin kullam1mas•
mUmkUndUr.
25°C da NH3 - hava sistemi 1
havaya ait deB:erler ahnabilir. Amonya{ttn absorpsideAerlerdir.
iil~iilen
29,4°C da
i~inJ.
Perry sahife 539; tab1o 11.
529
528 Tablo
0°C ve atJ:!l i~in asetonun (SM 13) numaralt ~itlikten hesaplanan diflizyon katsay1Stnm de.Aeri 0,0297 rri'/hr dir.l Bu degeri (8-14) numarah ~itli~i kullanarak, 25°C i>in dilzeltelim.
9-6 I
y
y,
y-y,
(1-y) (y-y,)
0,00258
0,00065
0,00193
0,001924
520
0,0060
0,0030
0,00300
0,00298
336
. = 0,0297 (298' _ ) '·' = 0,03387 rri'/hr 273
(Del 25°C da
' 2s•c
ve I atm de hava i>in
IJ.G = (0,0184) (I
Pa = 1,185 kgr/rri'
x to-> x 3600) =
66,24
x 10_,
kgr-kiitle/(m) (hr)
. . . . · 1-
0 (,6")213 (k 0 a)u- = 174 ( : 1 65
= 94,5
mol-kgrf(hr) (m') (atm)
S1v1 faza ait ktitle transfer katsaylSlntn deieri, (9M29) numarah ~itlikten hesaplantr. Bu he· saplama i~in liizumlu de8erler (9-3) numarah tablodan ahntr. ·
0,0100
0,00585
0,00415
0,00411
243
0,0150
0,0094
0,0056
0,00551
181
0,0200
0,0130
0,0070
0,00679
147
0,0300
0,0200
0,0100
0,00970
103
0,01210
83
0,01386
72
0,0400
0,0274
0,0126
O,OSOQ
0,0354
0,0146 (~ekil
Grafik yolu ile entegrasyondan
O,OlO
Asetonun su i!;erisindeki diflizyon katsayJSlna ait deneysel deAerler elde mevcut dei;ildir. Wilke= tarafmdan ileri stiriilen deneysel bir ba~mttdan besaplanan deier, 25°C i!rill 0,446 X 10-6 m:"/hr dir. Hesaplamalarda kullamlacak suya ait Ozellikler ru}aj1da verilmi~Stir.
25°C da p, = (0,890) (3.600) (I PL
kLa
x
10-3) = 3,2 kgr-klitle/(m) (hr)
Bunun bir sonucu olarak ·.
4 00 ;:;:;-
-5,64
::\..300 ~
Yukartdaki eiim de~erinden de gOriildU~ gibi, gaz faza ait diren!(- en ~k Oneme sahip diren~tir ve bu sebeple, (9-15) numaralt e11itlijin kullantlmast gerekir.
dg
0
= 56,6
z = 7,39 X 56,6
4,42 m
94,5
>I
2 00
\\ \.
~
"""'-......
1
v
y nin 0,00258 den '0,05000 ye kadar olan de&erlerine tekabiil eden y, de~erleri, y .nin uygun olan de,lerleri i~in operasyon doArusundan -5,64 eiiminC sahip do~rular ~izniek ve bunlarm denge e~risi ile olan kesi~e noktalannt okumak yoluyla bulunur (~ekil 9-18 e baktniz). Entegralin grafik yolu ile hesaplanmast i~in liizumlu y, y-y, ve dijer de~erler ~t\lt· daki tabloda bulunmaktadtr.
I Sherwood and Pigford,
7,39 X (VIS) k aP
kaaSPs
(1-y) (y -y,)-
a
- - 9 --=-739 •
5 00
~
(Y!
z =
= 94,5 ve P = 1,0 olduguna gore
996 PM -18 = 55,33 mol-kgrfm'
Jy.
9-19),
Kulcnin Ust ktsmtnda V /S de~eri Bi,l/1,54
Kulenin list k~mtnda aseton ihtiva etmeyen su kullamldtA:t i~in
- (9,65) (55,53) 94,5
I
/ 0,00256(1-y) (9-y,)
kca
= 996 kgrfm' = 9,65 mol-kgr/(hr) (m>) (mol-kgr/m'l
(1-y) (y-y,)
0 0
0,01
0,02 0,03
0,04
0,05
YI gaz fazda asetonun mol fraksiyonu (Y!
sahife 20.
Sekil 9-19. Omck 9-5 in l'l!zllmil J
·• Wilke, Chem. Eng. Progr., 55 : 218 - 224 (1949).
92
!.
Catalta~
-
!Gmya MUhendisliAine
Giri~
dg ( I - g) (y _ y,) nin hesap1anmast.
F. 34
531
530 Opetasyon ve denge egrileri az bir egrilige sahip olduklan igin, ornek 9-4·de ag1klanan metod yarchm1 ile aida uygun bir goziim elde olunabilir. itici giiciin. '!Z oldugu, kGa ve kLa· degerlerinden hesaplanan ~a degerinin evvelce hesaplanml~ 0ldugu kulenin iist kism!Iia tekabiil etmek iizere m = 2,00 degeri kullamldlgl takdirde, dolgulu klSlm yiiksekligi olarak 5,6 m bulunur. Bu durumda yap1lan tahmin gergege oldukga uygundur. Bununla beraber pek gok durumlarda denge egrisinin egrilik derecesi bellidir. Aseton-su sisteminin aksl olan bu gibi hallerde daha dikkatli davramlmas1 gereklidir. Gaz·SIVI orammn GG/GL, kule gap1mn, kullamlan dolgu maddesi cinsinin ve goziinen komponent kurtanlma yiizdesinin segimi ile Ugili ekonomik faktiirler kimya literatiiriinde bulunmakla beraber'·", kitab!m1zda bunlara yer verilmemi~tlr.
9.14. Transfer iinltesi kavraiDl. Bir evvelki bi:iliimde ag1klamasmr yapliglmlz, 1slak duvarh kolonda, sogutma kule!erinde ve dolgulu kulelerde, kiitle transferini veren debi e§itliginin entegre edilmi§ §eklini incelcdigimiz zaman,
f
dy (1 - y) (y _ y,) veya
f
dH
H,- H
(Liizumlu transfer iinitesinin saylSI) {bir transfer iinitesinin yiiksekligi) = Liizumlu dolgu yiikseklil1;i (9·32) Yukandaki e§itlil1;in ilk terimi, yukandaki entegral ile tammlanmaktadu•. Gaz absorpsiyonu igiil Colburn' a§ag1daki tammlan yapml§lir
2
' '
Perry, sahife 668-672 ve 707-709. G.A. Morris and J. Jackson, •Absorption Tower,» Butterworths Scientific Publications, London (1953): T.H. Chilton and A.P. Colburn, Ind. Eng. Chern., Z7 : 255-260 (1935). A.P. 'colburn, Trans. Am .. lnst. Chern. Engers., 35:211-236 (1939). Bu yaymda (9-32) numaralt C$itlik, a!,la~xdaki ~ekilde · yer almaktadtr. y 1 (1-y 1\fdy = y /. 2 (1-y) (y-y 1)
(" k 0 a(1-y)fSPd•-
Jo
J:Y' (1 Y2
NL -J:x' X1
V
• (HTU) 0
~itli~in her ik.i tarafmdaki paylarda (1-y) terimi yer almt!;lttr. Bu terim, gaztn esa1 kiitlesinden fazlann temas yiizeyine transfer olmtyan komp(mentin, logaritmik ortalama konsantrasy_onunl]. temsil eder. Bu terimin konulmasmdan mitksat, sag tai-afta kc;f1 (1-y) gr11planmasmt elde etmektir. Molekiiler difiizyon teorisint• (K1stn1 8-6) gOre
dg g)(g- g,)
dx (1 - x)(x1
-
x)
z (HTU)o
(9-33)
z (HTU)L
(9·34)
Yukar1daki e§itliklerde: Nc = gaz filmine ait transfer iinitelerinin sa}'lSI NL = SIVI fil111me ait transfe~ iinitelerinin sa}'lsl (HTU)G = gaz filmme ait transfer iinitesinin yiikseklil1;i (HTU)L = SIVI filmine ait transfer iinitesinin yiikseklil1;i z = liizumlu dolgu yiikseklil1;i, m. Bu. biiliimde daha once aglldamas1 yapllan transfet iiniteleri ile kiitle transfer kttsayJlar1 arasmdaki bal1;mt1, (9-33) numarah e§itligi (9-15) ve (9-34) numarah e§itli~i (9-16) ile · kar§ila§lirarak da goriilebilir.
tipindeki bir entegralin say1sal
degerinin, operasyonda kar§!la§llan giigliigiin bir olgiimii oldugunu gi:iriiriiz. Herhangi •bir i:izel hal igin, entegral degerinin biiyiik olmas1 liizumlu cihaz yiiksekliginil). biiyiik olmas1 demektir. Transfer iinitesini, ay1rmanm giigliigii ora' nmda, bu gibi · iinitelere ihtiyac oramnm artmas1 olarak tammlayalun. Buna gore,
1
I:lo _
(HTU)o
=
(HTU)L
=
VIS
(9-35)
LIS
(9 36) .• ·
ka aP
kLUPm
Bir transfer iinitesinin yiikseklil1;i (HTU) terimi, tek bir boyuta sahip olma· Si sebebi ile tercih olunur. Bima kar§ilik kiitle transfer katsay1s1 igerisinde, gok sa}'lda boyut biraraya getirilmektedir. Aynca, katsa}'lmn ak1m debi•ine oranmdan mevdana gelmi§ olmas1 sebebi ile, sadece katsay•ya nisbetle daha sabittir. Tiim kiitle transfer katsayilarma tekabiil etmek iizere, transfer iiniteleri icin benzer bal1;mtllar kurulabilir: .
Noa= NoL
f
ag
YI y2
=f..,...; (1 -
z
= =~~-
(HTU)~
(9-37)
dx z x) (x* - x) - (HTU)oL
(9-38)
(1 - g)(g - g*)
kc;a. Ptrm - (1 - Y)1 P ile ters orantdtdtr. Bup.un bir sonucu olarak, meydana gelen ~Ia?' ~C:Ce m~l~lctiler difiizyondan, ibaret olmamakla beraber, kcfl (1- y)1 p nin be-. hrh brr ststem ~10. konsantrasyona tAbi olmadiit kabul olunur. (9-34) numarah ~itliAe tekablil eden orijinal Cfilli~e, gaz diftizyonuna benzerlik hari~. (I - r) teriminin sokulmast hususunda herhangi bir teorik sebcp olmamak.la beraber," ayn~ usul uygulantr. Pek ~k hallerde bu terimler hire yakm oldu!u i~in (9-33) ve (9-34) numarah e~it liklerden !ttkardtr.
533
532 • Ooek 9-6.
(9-37) ve (9-.19) numarah e§itliklerin kar§tla§tmlmasmdan,
(HTU)oa
=
V/S Ka a p
(HTU)c
(9-39)
=
"1(,;;:'-L/-=..S_ LaPm
COzUm. Operasyon ve denge e8rileri diiz doi;rular halinde olduklanndan, ti.inl transfer iinitelerinin say1s1 (9-43) numarah ~itlikten hesaplanabilir. Cok az dej~tikleri i~in V Ve L nin ortalama deierleri kullarulfibilir.
Ayni §ekilde (9-38) ve (9-20) numarah e§itliklerden,
(HTU)oL
(9-40)
(9-35), (9-36) ve (9-39) numarah e§itlikleri kullanarak (9-25) numarah e§itlikten,
(HTU)oa
=
(HTU)a
= 14.650
Sv
= 38,9 mol-kgrf(hr) (m")
+L
(HTU)L
L
(9-41)
(
1 !8,0
Bu deierleri (9-43) numarah
(HTU)oL
=
(HTU)L
+
dy * degerine e§it oldugu, ayrtca operasyon ve denge egJ 92 y -y rilerinin dogru §eklini aldtgt dti§tik konsantrasyonlar ic;in, a§ajttdaki bagmttlar ttiretilebilir1• N00 nin
fYt
In [(-1,... mLV )(Y•y --yY•:) + mVl L 2
Noa
=
2
1 -·mV/L
yerlerine koyahm.
+ 0,0554] = 3,0
(9-39) · numarab "''itlikten !HTU)oa
0,686 = 3;0 = 0,229
m ::::: 0,23 m
(9-36) numarab "''itlikten
LS
813,4
(HTf/h = kLa Pm = 49,14 X55,33 = 0,299 m::::: 0,30 m
(9-41) numarab "''itlikten (HTU)c
= (HTU)oa- TmV (HTU)L = 0,23-0,0554 X 0,30 m
(9-43) (9-41) numarah e~itlikte ycr alan terimlerin herbiri, bir d.iren~. olarak dili$iiniilebileceA;i igin, gaz faz direneine tekabiil eden tlim diren~ .yiizdesi
100 (0,213) 0,229
(9-44) mV fL oranmm sabit olmamast halinde, ce§itli yalda§tk metodlar ileri stirtil-
* Colbur.h, loc. cit. •• Sherwood and Pigford, sahife 451-454. 1 A.P. Colburn, lnd. Eng. Chern., 33 :459-467 (1941). • Sherwood and Pigford, sahife 137-144.
mV T = 0,9446 Sf 0,945
= 0,23-0,0166 = 0,213
· Benzer §ekilde,
mti§ttir1~
~itlik.te
I -
0,01403 ) lo [ 0,945 ( 0,000729 . NOG = 0,945
(9-42)
(9-41) va (9--42) numarah e§itliklerde yer alan mV/L teriminin iinemi Colburn•_ tarafmdan ac;tklanmt§ltr. Bu yazara gore mV fL terimi ekonomlk sebeplerden dolayt dar limitler arasmda smulanmt§tlr. Ornegin, ~;iiziinen bir komponentin bir g•zdan absorpsiyon ile uzakla§tmlmast ve sonra stVIdan rektifih syonla kurtart!mast halinde, mV/L orant genellikle 0,5 illi 0,8 limitleri. arasmdadu**. Striping operasyonunda ise bu oramn degeri 1,5 ila 2,0 arasmda degi§ir*.
2
= 1,154 X 38,9 _ 0 0554 813,4 - '
(9--35), (!J-36) ve (9-40) numarah e§itlikleri ku)lanarak (9,25) numarah e§itlikten,
L m V (HTU)a
) , + 0,000316 = 813,4 mol-kgr/(hr) (m") 17 03
SL
mV
mV
Omek 9-4 de verilen deney sonu~lanm kullanarak (HTU)00 , (HTU)L ve hesaplaymJZ.
de~erlerini
=
%93
Yukartdaki e§itliklerin uygulanabilecegi hallerde transfer iiniteleri kavra, mmm kullant!mast, c;ah§ma §artlarmda meydana gelen degi§melerin. tesirlerini talunin etmek baknnmdan iizellikle uygun ohnaktadtr. (9-43) ve (9-44) nulllarah e§iiliklerin grafik yolu ile c;iiztimti kimya literatiirtinde yer almaktadu1 . 1
Omek
i~in
Perry sahife 554 ve
~ekil·
28 e ba.k.uuz.
·'
535
534
9-111. Kimyasal blr reaksiy onla blrllkte meydlma gelen absorpsiyon. Suda giicliikle coziinebilen bir co~ komponentlerin yer ald1g1 hallerde, coziinebilen komponentle kimyasal reaksiyona giren coziicii veya cozeltiler secilehilir. Karbon dioksidin vey& klorun sulu sodyum hidroksit Qiizeltisi icerisinde absorp• siyonu buna hir ornektir. Genellikle, hem .~oziinen komponentin gazdan uzakla§bnlmaSI ve hem de uzakla§bnlan bu komponentin geri kazamlmasi istenilir. Bu gibi durumlarda coziinen ile cozen kimyasal bir reaksiyona girerler. Fakat le§ekkiil eden bile§ik ISitddijlt zaman kolayhkla bozunabilen bir yapiya sahip ohnah ve coziinen komponent striping operasyonu ile geri kazamlabilmelidir. Karbon dioksidin ve kiikiirtlii hidrojenin sulu etanolamin cozeltileri i~erisindeki absorpsiyonu·b_u gruba girer. Aciklamasi yapdan ve.absorpsiyonla (sadece ciizeltide meydana gelen fiziksel olay1 ele alan ve adma fiziksel absorpsiyon denilen) ilgili olan teori her zaman yeterli degildir, Reaksiyon kinetigi vc reaksiyon hlZl da onemli bir rol oynar ve teorinin geli§im~ bugJn icin dahi tamamlanmi§ degildir. Fiziksel absorpsiyon ile, kimyasal bir reaksiyonla birlikte meydana gelen absorpsiyon arasmdaki gercek fark, oksijenin, azotun ve bunlara benzer inert gazlarm su icerisindeki absorpsiyonlan baric, bilinmemektedir. Bir zamanlar fiziksel absorpsiyon samlan klorun1 ve kiikiirt dioksidin°·' su icerisindeki absorpsiyonu olaymda, absorpsiyon debisine .nisbetle 91iziinen komponentin hidrollz debisinin g0zoniine almmasmm· gerekli oldugu, cok say1daki hassas analizlerle ortaya konulmn§tur. Her iki absorpsiyon tipi iCi)J de, tiim SIVI faz katsaydarmm deneysel ·degerlerinden hesapliuian SIVI faz kiitle transfer katsayiian, (9-29) numaralt e§itlikten hesaplanan degerlerden daha dii§iiktiir. Amonyagm su icerisindeki absorpsiyonunda da aym hal meydana gelir. <;:iinkii (9-29) numaral1 e§itlikten hesaplanan ki.a ve tiim direncten (1/KGa) SIVI faz · direncinin Cikanlmasi ile elde olunan kaa degerleri (las1m 9-13 e balamz), a§m derecede bliyiik gaz faz direncinin deneylerde kar§Iia§Ihnasma sebep olur. Bu durum amonyaga ait gercek kLa dtlgerinin, (9-29) numarah e§itlikten elde olunan degerden, daha ufak oldugunu gosterir. Kiikiirt dioksid icin, coziinen komponentin tiim konsantrasyonu yerin~, dissosiye ohnayan miktanmb konsantrasyonunu esas alan, dtmge ve operasyon egrilerinin (gercek ·olmayan egriler) kullamhnas!. kLa nm hesaplanan degeri lie deney sonuclanndan bulunan degerleri arasmda uygunluk olmasmi saglamaktadu. 9-16. Ba1h kulede absorpslyon. Basmc dii§ii§ii ve a§mma gibi hususlarm dolgnlu kule kullamlmasmi zorunlu k1lmadigt hallerde, rafh kuleler gaz ab1 J.E. Vivian ve R,P. Whitney, Chem. Eng. Progr., 43 :691-702 (1947). • R.P. Whitney ve J.E. ·Vivian, Chem. Eng. Progr., 45 : 323-337 (1949). 1 D.A. Pearson, L.A. Lundberg, F.B. West and J.L. Me Cartliy, Chem. Eng. Progr., 47 : 257·264 (1951).
sorpsiyonu icin geni§ bir kullamlma alam bulurlar. Tabil gazlardan propan, butan ve daha ajltr hidrokarbonlat'm · absorpsiyonu; b~smc altmda gah§an rafh kulelerde yapilir. Yukanda ac1klanan cok komponentli absorpsiyon operasyonuna kitabiinizda yer verilmeyecektir. Sadece iki komponentin transfer oldu~u durumlarda (asetonun absorpsiyonu ve suyun buharla§mast gibi, Ornek 9.:.5 e balamz) veya dolgnlu kule icin yapilan agiidamalarda goroniine ahnan haller~ de, rafh kulelerle yapilan absorpsiyon veya striping operasyonlan icin, teorik raf kavram1 kullandabilir. Ekstraksiyonda kullamlan ii~gen diyagramlar ve 7 nci bOliimde ag1klanan grafik gizim de uygnlanabilir. Sekil 9-20 cozii~iiniin gaz f= i9erisine buharla§masi halini gostermektedir. Ta§IYICI gazm (Ornegm, hava)
e
,.!S Ill
-o -'!::.
"'
L.
S1v1 faz
E
,§.
dogrusu
'c:
'::l 0 '::l
N
:o (.).
0
1
t;ozlinenin mol fraksiyonu ~kil
.9- 21}.
Gaz. absorpsiyonu problemleri
i~in ii~gen
diyagram.
SI~ faz ic;;erisindeki cOziiniirliigii ilnnal olunabilir. <;:oziicii ihtiva etineyen biitiin
kartliUnlart gosteren yatay eksen, gaz faza ait bile§irolerin yeridir. Birbirleri ile ilengede bulunan iki fazm konsaD.trasyqnl~n baglanb dogrulan ile gosterilir. Deneyle ilgili yeterli bilgi mevcut olup, coziiciiniin buharla§masi ve ta§IYICI gazm goziiniirliigu glbi liususlarm dikkate almmas1 gerelanektedh. 9-17. Dolgclu kolol).da dlstilasyon •. iki komponentli bir kilfl§Imln dis; tilasyonunda, rektifikasyon lasrm olarak kulla.mlan dolgulu bir kolomi goz online alahm. Kari§Im .buhar halinde dolgulu lasmm altma verilir. Buharui' kolon ice· risinde yiikseli§i esnasmda daha l):cu·cu komponent siVI fazdan buhar fazma geger. K1s1m 6-41 de aci!clanmasi yapiian basitle§tirici kabul bnrada' da yapdacak olursa, siVI ve buhar fazlarmm alam debileri, (mol~kgr/saat olarak) sabit olur. Daha ugucu komponentin buharla§an her moliine kar.~Ihk -1 mol, daha az ugucu
537
536 komponent yogunla§Ir. Bu sebeple (9-4) ve (9-5) numarah kiitle dengesi e§it)ikleri a§altldaki §ekli ahr.
dL= dV·= 0 d(Lx) •= d(Vy)
Yukandaki bagmhlarda x ve y, U9uculugu daha fazla olan komponentin SIVI ve bubar fazlarmdaki mol fraksiyonlaridir. L ve V sabit oldugu i~in
L dx
=
V dy
=
d N.
hem temperatiiriin ve hem de bile§imin degi§mesi sebebi ile, aki§kamn fiziksel iizelliklerinde de degi§meler olur. Bu sebeple, dolgulu kulede distilosyon ile ilgili teori yeterli degildir'. Deneysel degerlerin elde edildigi yerlerde, tiim katsayiian veya tiim transfer iinitelerini esas alan, debi e§itliklerinin kullanilinala: nuda zorunluk varchr. Bunlar kolonun bir ucundan diger ucuna degi§tikleri igin, bu §ekilde elde olunan degerlerin ortalamaS> yalmz o §artlar i~in ge~erli dir· ve sonuGiarm genelle§tirilmele'rinde pek az ba§ari elde edilir. Gaz V!' SIVI faz direnGlerinin relatL: iinemi ile ilgili sorular, yeterli h•r cevap buhnaktan uzak olup, miinaka§a konusudur.
(9-45)
(9-6) numarah e§itligin' entegre edilmi§ §ekli olan operasyon dogrusu e§itligi, (6-56) numarah e§itligin benzeridir. Bununla beraber, kulenin alt lasmmdaki bile§imi giistermek iGin 1 ve iist lasmmdaki bile§imi giistermek i9in 2 althklan kullamlacak olursa (§ekil 8-2 ye bakimz), tabandan z kadar yiikseklikte olan ·bir lasim ile taban arasmdaki denge, a§agidaki §ekilde kurulur. (9-46) (9-13) ve (9-14) numarah e§itliklere benzeyen ve daha ugucu komponentin transferine ait olan debi e§i!likleri, daha uGucu koinponentin s1v1 fazdan buhar fa• zma transfer olmasi sebebi ile, a§altldaki §ekilde kurdur.
Vdy
=
kaaSP(y,- g) dz
(9-47)
L dx
=
kLaSpm(x-x,)dz
(9-48)
E§itlikleri yeni ba§tan diizenleyip entegre edelim. (9-49) (9·50)
Bu e§itliklerin sag tarafmm entegrasyonunda giiG!iiklerle kar§IIa§)lir. Gaz aosorpsiyonunda sabit olduklari kahn! olunan kGa/V veya kLa!V clegcrleri, arhk .sabit degildir. V ve L nin her ikisi de sabit olmakla beraber; bunlara l_!lkabiil eden kiitlesel' debiler (kgrjsaat), molekiil agirhginm bile§ime bagh olarak degi§mesi ile, iinemli derecede degi§~bilir. Bugiin mevcut o!an· teori kiitle transfer katsayilarmm, birirn alandan ge~en kiitlenin fonksiyonu olduguna i§aret ettigi i~in, bu katsayiiarda da iinemli degi§meler meydana gelebilir. Buna ililveten,
9-18. Dolgulu kulede SlVl- !l!Vl ekstraksiyonu. Konunun teorik olarak incelenmesi, seyreltik Giizeltilerin kullamld1gl durumlaD miistesna, distilasyondan daha ileri degildir. V ve L genellikle sabit ohnay1p, ttansfer katsayiian ve fiziksel iizellikler de~i§irler. Bu sebeple, memnuniyet verici bir inceleme ve aGJklama geli§tirilmemi§tir". 1Ginde bulundugu §artlar yiiniinden, gaz absorpsiyonuna benzerlik giisteren .seyreltik ~iizeltiler takdirinde, sadece bir komponentin fazlar arasmda transfe~i meydana gelir, alam debisinde ve fa?larm iizelliklerinde meydana gelen degi§meler fazla degildir. Bu durumda gdz absorpsiyonunda kullamhm e§itlikler, stvl-slvl ekstraksiyonuna da uygulanabilirler. Bununla beraber, transfer katsayJlar1 ile ilgili bi!giler s1mrhdir ve herhangi bir bagmti elde mevcut degildir.
9-19. 'l'eorik blr rafa e§deger ytiksekUk (HETP). • Teorik bir rafa e§deger yiiksekligin (HETP) tantmJ, · dolgulu kulelerde distilasyon operasyonu iGin lasun 6-49 da yaprlm1§ olup, gaz absorpsiyor.u ve >lVl·':_IVI ekstraksiyonu gibi operasyonlara da uygulanabilir. HETP nin kullamlmasi, diferansiyel zit akrm operasyonunun yerini ahr. Hesaplama yoniinden daha uygun ohnakla · beraber, teorik yiinden daha zayrf temellere dayanmaktadir. D~nge ve operasyon dogrularmm birbirlerine paralel oldugu (mV jL = 1) iizel h~l d1§mda, HETP ve HTU sayrsal olarak birbirlerine e§it degillerdir. Transfer iinitesi yiiksekligi veya kiitle . transfer katsayrlan ile ilgili bagmt!larm elde mevcut olmadlgl veya snnrh oldugu distilasyon ve s!VI-SIVI ekstraksiyonu operasyonlarmda, HETP !:iugiin dahi knllaniimaJctadir. Deney §artlannm smm di§ma dii§en hailer iGin, ekstrapolasyon yaptlinas1 veya diger sistemlere uygulama, iyi sonu9 vermez .. 1
C.S. Robinson and E.R. Gilliland «The Elements of Fractional Di$tillation».' .McGrawHill Book Company, Inc., New York:: (1950) adh eserin 187 inci sahifesine de baklmz~
'1
B. Rubin and H. R. Lehman, s:General Correlaiton of Liquid Extraction Data,» AECD-3030 (1950). U.S. Atomic Energy· Commission, Tecluiical Information Ser- · vice, Oak Ridge, Tenn.
* HETP: Height equivalCnt to a theoretical plate (teorik bir rafa
esde~er
yiikseklik).
538
539 ADLANDIRMA A
a
,a,.
= fazlar arast temas alam, m= ·= birim hacme isabet eden temas
= fazlar arast temas ytizeyi
= stvt faz = stvt faza ait tru?ma debisi m = logaritmik ortalama OG = transfer iinitelerinin saytst L LF
alan1, r.rP/m3
= spesifik dolgu malzemesi· alant, rrf>/ui' dolgu
malzemesi (9-30) numarah '"iitlikteki saytsal sabit (9-31) .numarah ~itlikieki saytsal sabit konsantrasyon, mol-kgrfm3 difilzyon sabiti, rtf>fsaat ar8Itklann (bo!lluk.lann) hacim fraksiyonu yilzeysel debi (htz), kgr/(m") (saat) (GJmtn ·= s'tvt fazm devamh faz olmast halinde, stvt faza nit minimum yiize)'sel debi kgrf(m") (saat g = ivme, 9,81 m/saniyci' H = Henry kanunu sabiti, atm; aym zamanda entalpi, kgr-kaljkgr-kuru hava Ka = gaz fazt esas alan tUm kiltle transfer katsayiSI, mol-kgr/(ht) (m") (atm) KL = stvt fazt esas alan tUm ktitle transfer katsayiSI, mol-kgr/(hr) (birim konsantrasyon farkl) k 0 = gaz faza ail ktitle transfer katsaytst, mol-kgr/(hr)(m') (atm) kL = stvt faxa !lit kiitle transfer katsaytSt, mol-kgr/(hr)(m") (birim konsantrasyon farkl) k' L = stvt faza !lit kiltle transfer katsay!Sl, mol-kgr/(hr) (m") (birim mol frakaiyonu farkl) L = stvt faz aktm debisi, mol-kgrfsaat L' = stvt faz aJom debisi (~Oziinen hari!;),' mol-kgr/saat m = denge e8risinin e8imi 'N = kiitle transfer debisi, mol-kgrfsaat; ayn1 .zam.anda .transfer iinitesi saytst n = (9-29) numarah esitli8in Us saylSI · p = toplu basm~ atm I>P = bzsm~ d~~U (farkl), mm su/m dolgu ytiksekli~i p = ktsrn~ basm~, atm.; aym zamanda (9-30) numarah ~itli,ltin iis saytst r = (9-30/ numarah e,itliltin Us sayiSl S' bOll kuie1 ..w Kesit alant, m• s , (9~31) numarah ~itligin tis sa.y1st T = mutlai: temperatlir t = tempemtlir V = gaz faza ait ak.tm debisi, mol-kgrjsaat V' = gaz faza ait aktm debisi (~Oziinen hari~), mol-kgrjsaat r = stvt .fazm mol fr~iyonu x• = bile$imi y olan gaz fazla dengeye erh}~ stvt faz bile,imi, mol frakslyonu y = gaz faztn mol fraksiyonu y* ·= -bile$iini x olan stvt fazla dengeye er~mi'i gaz faz bile'iimi, mol fraksiyonu z = dolgu ytikSekli~i, m ' HTU = bir tr~sfer iinitesinin yiiksekligi
= b~ = = D = p = G =
veya gaz faza ait transfer iinitelerinin tiimii OL = transfer iinitelerinin saylSI veya stvt faza ait transfer tinitelerinin tiimii 1, 2 = dolgulu ktsmm alt ve list klstmlanndaki ~rtlar
II
c
Yunan Harfleri
a.
= (9-29)
p
= yo~unluk,
6n"J
= =
numarah e'iitlikteki saytsal sabit
p. = viskozite fJm = stvt faza ait molal yo,Bunluk, mol-kgrjm3 kgr-kiltle/m3
PROBLEMLER 9.1. Ornek 9-5 i~in a~Ja!bdaki hususlan hesaplaymtz. Gaz faza ait tiim kiitle transfer katsay1s1 Kc;a
(a~
(b)
Tiim direncin yiizdesi olarak gaz faza {gaz filmine) ait direncin de~eri
(c)
Hem denge e~risinin ve hem de operasyon doB:rusunun diiz dolJrular olduSunu kabul ederek, gaz faza ait transfer iinitelerinin tiim saytst
(d)
Motor ve iiflece ait tUm verimin %50 olduB:unu k~bul ederek, gerekli beygir giiciini.i.
9--2.
38 mm lik Berl eyerleri He doldurulmu~ bir kulede suyun hava i\=erisine buhar-
l~tmlmasma ait kiitle transfer katsaytsmt hesaplaymtz. Yiizeye ait kiitlesel · debiler strast ile Gr.= 4.880 kgr/(m') (hr) ve GL = 4,880 kgrj(m") (hr) dir. <;a1t1ma bastnct 1 atm dir, Su dola$tmlarak temperatiirii 25°C derecede sabit tutuldu~u i~in, bu islem adyabatik bir sogutma op~rasyonudur. Bu sebeple, havanm temperatilr ve rutubeti, adyabatik sogutma
dogrusunu tzler.
9.3 Ornek 9-5 de ~Oziimii yapllan absorpsiyon, rafh bir kulede yaptldtj;t takdirde k~ teorik rafa ihtiya~ oldu&unu hesaplaymxz. SJvt-stvt ekstraksiyonunda kullamlan tipde bir ii\=gen diyagram kullammz. .. .. TUm raf randxmammn %46 olduAunu kabul ederek, yukandaki hal i~tin basm~t dii'iii'iUnu hesaplaym1z. Bulunan bu de&eri, Ornek 9-5 de dolgulu kule i~tin hesaplanmt~J olan bastn~ dil$iiSii He kaf$1lasttnmz. 94. Stvt faz transfer tinitesinin yiiksekJigi esas ahnarak ifade edildi&i takdirde, (9-29) nurnarah esitli.Se tekabiil eden seklin asagtdaki gibi olaca&mt gOsteriniz.
I (GL)" (,-~L )0,5
(HTU)L-- -
Altltklar
a
= fazlar arasmda transfer olan komponent
G
= gaz .fazt
GF
= gaz faza
ait
~ma
debisi
,_
~L
-PLDL
9-5. Mol yiizdesi olarak %1 benzen ihtiva eden seyreltik bir hava-benzen kartstmmm, benzeni havadan kurtarmak amact ile, gazya!h ile y1kanmas1 istenilmektedir. Bu i~J i9in
540
541
25 mm lik Raschig halkalan ile dolu olan, 26,7°C derece ve 750 mm Hg basmo;;ta ~ah$an, dolgulu bir kule kullamlmaktadu. Kulenin tabamnda Gc = G 1• · olduSuna gOre, ac;ajttdaki hususlart hesaplaymiz. (a) (b) (c)
Ta$maya tekabiil eden gaz htzt (debisi) Tiim kiltle transfer kat;aylSlmn deSeri Kiitle transferine kar~l koyan tiini direncin fraksiyonu olarak, gaz faza ait diren9
(d)
Benzenin %99 unu kurtarabilmek ir;in gerekli dolgu yilksekli8;i
9-9. 76 mm lik ii!f spiralli dolgu malzemeleri ile doldurulmu~ (~W?trtmah yerle$tirme) bir absorpsiyon kulesi kullamlarak, amonyajtm su iyerisindeki absorpsiyonu iyin, ru?a!ttdaki deneysel de8;erler1 elde olunmu$tur. Kullantlan konsantrasyonlar, hem operasyon ve hem de denge egrisinin diiz do8;ru1ar halinde olmalannt temin edecek kadar dli$i.iktilr. Bu operasyon 25°C derece ve 1 atm basmy altmda yaptlmaktadtr. G G 2.450 kgr /(hr)(m:!.) de8:eri i!fin (HTU)G nin degerini hesaplaymtz.
Yardunct Bilgiler 1.
Benzen-gazya£t kan$Imt _(r;Ozeltisi) Raoult kanununa uymaktadtr.
2.
Gazya&mm (molekiil aSult8;t Yogunluk = p.,795
3.
= 180)
26,7°C derecedeki Ozellikleri.
grjcm3 ,
Viskozite
= 1,85
su buhan/kgr kuru hava· de&erinde sit buhan ihtiva etmekte olup, bir santriflij lifley yardrmt ile kurutma kulesinin tabanma gOnderilmektedir. Hava aktm debisi 0°C derece ve 1 atm. baStn!;ta 410,6 m3/dakika'dtr. Slilfat asidi (agultk yiizdesi olarak %98 H 2S04) 45°C derecede olup, 1.980 litrejdakika debi ile kt~1enin list ktsmmdan verilmektedir. Kule yapmt ve dolgulu k1smm ytiksek.ligini hesaplaymtz.
=
GG
santistok
80°C derecede benzenin gazyagt ir;erisindeki difiizyon katsaytst 0,27 X dir.
10-~
m0 /hr
Mol fraksiyonu olarak 0,500 benzen ihtiva eden bir benzen ve toluen kan~tmt bir buhar halinde), 1 atm lik bir basmy altmda yalt$an ve 25 mm lik. Raschig halkalan ile doldurulmu~ bulunan, bir kolonun alt ktsmmt beslemektedir. Ba~ liriin mol fraksiyonu olarak 0,980 benzen ihtiva etmektedir. Doymu~ stvt, kolonun ba~ ktsmma riflaks olarak geri dOndtirtilmektedir. Riflaks ora,m minimum riflaks oranmm 1,5 katt olarak almdt&r takdirde, llizumlu alan gaz faz transfer tinitelerinin tUm saytstm hesaplaymtz. 9-6.
(doymu~
9.900 14.640 24.400 37.100 48.800
(HTU) 0 G
0,573 0,488 0,375 0,305 0,267
9-7. 25 mm lik Raschig halkalan ile doldurulmu~ bir kulede, su kullamlarak metanoliln absorplanmast i9in, tUm ve gaz faza ait bireysel kiitle transfer katsaytlanm hesaplaymtz. Absorpsiyon operasyonu 26,7°C derece ve 1 atm basmy altmda yaptlmaktadtr. Metanoliln, gaz ve stvt fazlarm her ikisindeki konsantrasyonunun dii$iik olmaSt sebebi ile, hem operasyon ve hem de denge eSrilerinin lineer olduklan kabul edilebilir. Gaz ve stvt fazlara ait aktm debileri strast ile 4.400 ve 2.450 kgr/(hr) (m::) dir. Yardunct Bilgiler 1. 26,7°C derece ve dil~lik konsantrasyon dei;erleri iyin denge ile ilgili bilgiler W?a&tdaki C$itlik ile . gOsterilebilir. p 0,280x
=
2. Metanollin hava iyerisindeki ve metanoltin su 26,7°C derecedeki de8erler1 R$R~tda verilmi$tir. DG = 5,74 x to-:.: m'2jsaat,
i~erisindeki
difilzyon
katsayt~annm
D,. = 6,37 x 10- 6 m12 jsaat
9-8. Kondakt metodu He yah~an bir siilfat asidi fabrikasmm kiikiirt yakma fmnmda kullamlan havanm, 76 mm lik tek spiralli dolgu malzemesi ile doldurulmu~ (~R$trtmah yerle~tirme) bir kolonda siilfat asidi ile ters ak1m prensibine gOre temasa getirilerek,. kurutulmast istenilmektedir. 49°C derecede ve 1.143 mm ~0 basm~ta bulunan hava, 0,015 kgr R.W. Houston and C.A. Walker, Ind. Eng. Cilem., 42: 1105- 1112 (1950).
Molstad, McKinney and Abbey, Trans. Am. I nsf. Chern. Engrs., 39: (605-660) (1943).
543
542
bulunan organik sivi!ar, iclerine kalsyum karbiir il~ve edilerek kurutulmu§lardir. Bu i§leme de kurutma operasyonu denilmeUe beraber, kitabimJzm konusu olamayacak kadar ozel bir durumdur.
Bolum 10
KURUTMA 10.1. Konuya giril.'• Kurutmay1 evaporasyon operasyonundan kesin bir s1mrla ay1ran, bir tammm yap1lmasi son' derece giictiir. Kurutma terimi daha cok, kah veya kat1 hale yakm durumdaki maddelerden az miktardaki suyun uzakla~tmlmasi icin; evaporasyon terimi ise, cozeltilerden oldukca fazla miktardaki suyun uzakla~tmlmas1 icin kullamhr. Kurutma ,. operasyonunda onemli komponent katl maddedir. Endiistride kar§Ila~Ilan pek cok hallerde kurutma operasyonu, suyun kaynama temperatiiriiniin altmdaki bir temperatiirde uzak: la~tmlmasi anlamm1 ta§lr. Diger bir fark da §Udur: Evaporasyonda uzakla§tmlan su, hemen hemen saf su buhand1r; halbuki kurutmada suyun uzakla§tmlmasi, kurutulmas1 istenilen maddenin iizerinden gecinlen hava veya ba~ka bir gaz kan§Iml ile yaplld1gi icin, su buhan hava veya bu gaz kan~1m1 ile birlikte bulunur. Bir kisim kurutma operasyonlarmda ta~IyiCI gazm kullamlmadi~l da olur. Yukandaki tamm ve aciklamalar endiistride kar§IIa~Ilan pek cok durumu kapsamasma kar§Ihk, bu kapsamm di§mda kalan dun.mlar da vard•.r. Bu aciklamalardan sonra bir operasyona kurutma m1 yoksa evaporasyon mu denilecegi konusu daha ziyade o endiistri kolundaki ah~kanhga bagh olur. Bir cozeltinin, ll§lfl lSitiJmi~ SU buhan iQerisine piiskiirtiiJerek QOziicii oJan suyun uzakJa§tmJC mas1 olay1, evaporasyon tammlarmm pek cogunu kar§Ilamasma ;agmen; bu operasyonun gercek kurutma yapi!an cihazlar icerisinde yapi!masi sebebi ile, genellikle kurutma operasyonu olarak dii§iiniiliir. Bu boliimiin ilk iic ciimlesi, gaz veya siVIlardan az miktardaki suyun uzakla§tmlmasi olayim bir kttrutma operasyonu olarak dii§iinmemizi engeller. Ornegin, yiiksek fmna gonderilecek alan hava baz1 hallerde sogutma spiralleri iizerinden gecirilerek kurutulur. Bu esnada havamn Ihtiva ettigi su buhan ya SIVI veya buz halinde uzakla§tmlmi§ olur. Organik SIVIIar ve gazlar, silikajel veya aktive edilmi§ aliiminyum oksid (sabit yatak halinde kall adsorbent) iizerinden gecirilerek kurutulurlar. Baz1 hallerde bu kurutma, organik siVI veya gazlan deri§ik kalsyum kloriir cozeltisi veya sodyum hidroksid ile, ters ak1m pren'ibine gore temasa getirmek sureti ile de yapi!abilir. Onceleri bir tank icerisinde
Bu boliim ilk olarak kurutuculan bir smulamaya tabi tutacak ve tipik orneklerini tamtmaya cah§acakllr. Bundan sonra kurutma operasyonunun temel yiiriiyii§ii tarl!~IIacaktir. Kurutucu boyutlanmn gercek hesaplamalan yapllll'ken, teorinin uygulani~I sadece bir tipi goz oniine al~cakl!r. Kurutma cihazlan ile ilgili projelerin haz1rlam§ma ail literatiir bilgileri hep aym ac,!
10-2. Kurutucularm suufla.nmas1. U znn seneler siiren deneysel gall§· malar sonunda gok degi§ik tipde cihazlar meydana getirilmi§tir. Hatta birbirine cok benzer operasyonlar icin, birbirlerinden oldukca farkh birkac cihaz kullamlmakiadir. Bu sadece, o endiistri kolunda uzun seneler boyunca meydana gelmi§ ah§kanhgm eseridir. Cihazlarm yapili~anndaki bu cok farkli!Ik, simflandirmayi giicle§tirmektedir. <;ok say1da simflandirma yapiimi§ olmasma kar§I· hk', Cranshaw" m simflandlfmasim esas alan a§ag1daki smulandirma en faydab oland1r. Bu simflama, kurutma operasyonuna giren maddenin ~eklini esas ahr. I.
Tepsi (tava) veya konveyOr iizerinde t~man, yt~m veya tabaka halindeki maddeler. A.
B.
!!.
Devamstz kurutucular 1. Atmosferik-kompartlm~n 2. Vakum-tepsi (tava) Devamh kurutucular 1. Tiinel
Tanecik halinde gev~ek yapth maddeler. A. DOner kurutucular 1. Standart tip 2. Roto - Louvre-
TUrbo kurutucular KonveyOr kurutucular D. Siizge!; - kurutucu kan~tmt sistemler B.
c.
III.
1
2
Devamlt bir tabaka halindeki maddeler A. Silindir kurutucular B. Askt kurutuculan Ozellikle Perry, sahife 813, 972 ye balonlZ. u:Modern Drying Machinery», Ernest Benn, Ltd., London (1926)
545 544 IV.
V.
VI.
Ha.mur ve lapa veya kek te$kil eden kristaller. A. Kam;;tlrmah kurutucular 1. Atmosferik 2. Vakum
Cihaz1n i9erisinde iyi bir hava dagiiJmJ saglamak igin, vantilator tarafmdan meydana getiril~n hava h,zmm olduk9a yiiksek olmMI gerekrnektedir. Bu h1z 100 metre/dakika de~erinin iistiinde olmahd,r. Di~er uir deyimle, tek bir ge9i§
tc
COzelti ha1indeki maddeler. A.
Tek ve !tift silindirli ku'rutucular 1. Atmosferik 2. Vakum
B.
Piiskiirtmeli kurutucular
Ozel metodlar.
A.
lnfrared radyasyon
B.
Dielektrik lSitma
C.
Buzdan buharl~hrma
10-3. 'l'e~~--kompart:unan kurutucular. Kurutulacak maddenin veya kurumu§ ol_an urunun kivami, kolayhkla tepsilere yiikleme ve bo§altma yapma~a uy~un 1se, k~mpartiman kurutucu kullamhr. B,unlara yapi§kan veya plast~k maddel~r, kr1stahze veya tanecik halindeki maddeler, lapahr ve Qiikelttler dahildir. Yun ve pamuk iplikleri ile her tiirlii tekstil iiriinleri ve bunlara benzer daha bir Qok madde tepsilere yiiklenmeksizin yine de kompartiman kurutucularda kurutulurlar. Madde tepsiler iizerinde kun.itucuya verildigi takdir· de, hem yiikleme ve hem de bo§altma, madde kayb1 olmaks1zm kolayhkla yapihr. Bu sebeple, k1ymetli iiriinler veya az miktardaki maddeler bu metodla kurutulurlar. Cihaz esas titibariyle dikdiirtgen §eklinde bir odadan ibaret olup, bu odamn duvarlan uygun bir ISJ izolasyonu maddesi ile kaplanmi§!Ir. Bu odalarm iQerisinde ya tepsilerin yerle§tirildigi ve iizerlerinde kolayca kaydigi raflar var- ·. d1r veya tamamen bo§ olup, tepsiler vagonlar tizerindeki raflara yerle§lirildikten ~onra, bu odalara konulur ve kurutucunun kapdan kapatihr. Havay1 tepsiler uzermde ve kurutucu iQerisinde dola§tlracak tedbirler ahnmi§!tr. Bn tip kurutucularda havamn ISitilmast cihaz iGerisindeki ISllJCiiar tarafmdan yap1hr ve di§~.f!da~ s1cak hava almmaz. Olduk9a yaygm boyle bir kurutucu §ekil 10-1 de gostenlmektedir. Bu §ekilde A, tepsilerin yiiklendigi vagonlafl giistermektedir. Taze hava B noktasmdan cihaza girer ve C noktasmda cihaz1 terk eder Ha a cihaz iQ~risinde D vantilati:irii yardimi ile hareket ett!rilir ve oklarh go~teril;n yolu tak1p eder. Odamn ko§esine yerle§tirilmi§ yon verme kanatlan E hava h1z1mn diizgiin bir §ekilde dagilmasm1 temin eder ve tiirbiilanslon ii;ler.' Hava r~flar iizer~_nden geQer, uygun olan miktarda taze hava ile kari§Ir ve vantilatore g~tmed~~ o~ce ISI:JC~da F ISitihr. Uygun durumda yerle§tirilmi§ kapaklara (§ek~lde gostenlmemi§tlr), genellikle otomatik cihazlarla kumanda edilir. Bunlar glfen taze ve Qikan nemli havamn yiizdelerini degi§tirirler.
Tepsili kompartlman kavurucu : A, tepsileri ta~tyan vagon; B, taze (temiz) hava giri~i; C, hava ~tkt~t; D, vantilatOr; E, yOn verme kanatlan; F, kanath borulardan meydana getirilmi$ ISttlci. (National)
Sekil 10M 1.
· devresinde hava tarafmdan uzakla§tmlan suyun miktan azahr. Pek Qok durumlarda, vantilator tarafmdan d!§an atiian havamn %80 - %90 1 tepsiler iize, rinden tekrar dola§tmhr ve sadece %10- %20 kadar laze hava kurutucuya ahmr. Kurutucuya verilen maddenin heniiz olduk9a 1slak oldugu devre ba§mda, maddenin hemen hemen kuru oldugu devre sonuna oranla, daha fazlas1 uzakla§tmhr. Kapaklarm durumunda meydana getirilen degi§meler genellikle otomatik koutrol cihazlan ile temin olunur.
10-4. Vakum- kompartmaan kurutuculari. Pek 90k durumlarda maddenin, atmosfer basmCI altmda suyun buharla§acagi lcmperatiirden daha dii§iik temperatiirde ve k1sa zamanda kurutulmas1 istenilebillr. Boyle bir durumda vakum altmda 9ah§an rafh bir kurutucu kullamhr. Bu ~ekildeki bir kurutucu §ekil 10-2 de gosterilmektedir. Genellikle kesiti dikdortgen §eklinde alan ve dokme demirden yapi!mi§ bulunan bir odac1k olup, bu odac1k iQerisinde raflar D bulunmaktadir. Raflarm i9leri bo§ olup, QUh§ma esnasmda bu bo§luklar swak su veya buharla doldurulurlar. Kurutucunun her iki i:in yiiziinde ve dii§ey durumda, JS!l!CI ortamm giri§ A ve 91kl§ B borulan yer almi§ olup, her rafta bunlara k1sa
t.
<;:atalt~
-
Kimya
Miihendisli~ine
Giris
F. 35
. 546 . baglantdar C yapi!mi§lir. Bu borulardan biri A, su buhanmn giri§i ve digeri B ise, kondensat ve yogunla~mayan gazlarm uzakla§tmlmasi iQindir. K urutulmas1 istenilen madde raflardaki tepsilerin iizerine serilir. Kurutucunun kap!Sl kapatiidiktan sonra, bir vakum pompaSI yard1m1 ile kurutucu iQerisinde vakum te• min edilir. Raflara verilen su buhan, tepsilerdeki maddeyi yava§ yava§ Isilir ve
547 kurutucu iQerisindeki .basmQ altmda suyun bnharla~abilecegi bir temperatUre yiikseltir. Buharla§"an su, kurutucu ile vakum pompas, arasmda yer alacak bir kondensorde yogunla§tmhr. Atmosfer basmc1 altmda Qah§an komparllman llpi kur\ltucunun sahip' oldugu temperatiirde boznlmaSI ihtimal dahilinde olan maddeler iQin, bu §ekildeki kurutucular kullaru)u. Bunlarm ba§mda farmasotik (ilaQ hammaddeleri) maddeler gelir. Bu kurutucular aym zamanda hava veya diger oksidan gazlarla temas etmemesi istenilt3n maddelerin kurutulmalan iQin de uygundur. Buharla§an sivi k1ymetli bir Qoziicii oldugu takdirde, kondensorde yogtmla§tmhuasi aynca bir onem ta§Ir. Maddenin buharla§tmlacagi temperatiiriin dii§iik ohuasr zorunlugu varsa, Isitma su buhan yerine istenilen temperatiirdeki siCak su ile yapillr. Bu kurutucalar ozellikle (a) kurutulacak maddenin tepsilere yiiklemd ve bo§altma i§i oldukQa az olan pahah maddeler ve' (b) aym kurutucuda zaman zam:m QOk degi§ik yapdi§ ve karakterde maddelerin kurutulmasr zorunlulugu· oldugu haller iQin uygundur. Kullaniii§ aiam geni§ olan bu kurutucular atmosferik tipe oranla QOk daha paha!Idrr.
Sekil 10. 3. Tiinel kurutucu.
10-5. Tiinellmrutucular.
$ekil 10- 2. Rafh vakum kurutucusu: A, buhar giri~ borusu; B, kondensat 'iflklli borusu; C, raflnr ile giri~ ve 'i(tki~ borulannm ba~lantt1an; D, raflar. (Buflovac)
Yukanda aQJklamasi yapilan komparliman kurucular arahklr olarak Qah§Ir ve her iinite oldukQa ufak bir kapasiteye sahiptir. Biiyiik miktarda maddenin kurutuhuas1 gerekmekte ve madde gene! ozellikleri ve rutubet derecesi yiinlerinden homojenlik gostermekte ise, devamh kurutma sisteminin kullamlmaSI daha uygun olur. Bu, §ekil 10-3 de giisterilene benzer, uzun bir tiinel §eklindeki lmrutucuda gerQekle§lirilebilir ve kurutulacak madde, vagoplar iQerisinde bu kurutucudan geQirilir. Vagonlarm tiinel iQerisinden gedrilmesi, ya devanil1 veya ·kuruma i§lemi tamamlanan bir vagon, tiineli terk ederken yeni yiiklenmi§ bir vagon tiinele girecek §ekilde diizenlenir. Tiinel kurutucuda hava alomr poralel, ztt veya vagonlarm takip ettikleri yola dik yon· de olabilir. Bu son sistem, kurutucunun muhtelif biiliioleri iQin ayn JSitrna iiniteleri uygulanmasma imkan verir. Bu durumda hava, tiinel igerisindeki vagonlar iizerinden geQirildikten sonra, bir ISitlcJda Jsthhp tekrar aym losimcaki vagon· lara giinderilir. Tiinel kurutucunun kompartnnan kurutucuya olan esas iistiinliigi.i, kompartlman kurutucularda kurutma operasyonunun arahkh olmasma kar§Ihk, tiinel kurutucuda devamh ohuasidu. Tiinel kurutucular genellikle miktarlan biiyiik
548 olan, fakat yava§ yava§ kurumalan gereken tugla, kiremit, seramik malzemeler, kereste ve diger malzemeler iQin de kullamhr. Bu sistemle kereste knrutulmasr esnasmda, kurutucunun swak lusmmda kerestenin Qok cabuk kurumasrm onlemek iQin, havamn nemlendirilmesi liizumlu olabilir. 10-6. Doner kurutucular. Doner kurutucularda kurutulacak olan maddeler tanecik halinde veya kristal yaprda, opei·asyonun ba 0langiCmda genellikle uygulanan ta 0rma metodlarmda~ birisi ile ta§mabilecek kadar kurU, knrutucunun duvarlarmda birikmeye sebep olmryacak kadar az yapr0kan olmahdJ.r. , Biitiin doner kurutucular, eksenleri yatayla ufak bir aQI yapacak 0ekilde knrulmu§ ve kendilerini eksenleri etrafmda dondiirecek tekerlekler iizerine ott,rrtulmu0, silindirik bir govdeye sahiptirler. Kurutuldcak madde kurutucunun yiiksekte olan ucundan kurutucuya ve!ilir, kurutucunun donme hareketi yardrm1 ile yava§ yava§ knrutucunun a!Qakta olan ucuna dogru ilerler ve buradan bo§albln. Kurutulacak maddenin kurutucu iQerisinde ilerleme, karr§ma ve swaK hava ile daha iyi bir §ekilde temas!' gelmesini, kurutucu icerisinde yer alan raf ve kanatlar saglamaktadtr. Doner kurutucularda !Sltma,...kurutucu iQerisinde dola 0an srcak hava ile yapllrr. Bu §ekildeki kurutuculara. direkt rsrtmah kurutucular ad1 verilir. Isrtma kurutucu govdesini dr§andan !Sltarak da yaprlabilir. Her iki halde de, uygun bir yakitm yanmasmdan elde olunan rsrdan faydalamhr. Yalmz swak hava ile yapllacak kurutmalarda havanm rsrtllmasr, su buhan yardrmr ile yaprlmakta ise, ya kapah bir hiicrede veya kanath brr boru toplulu[';•mda IS!tlabilir. Yakrtm yanma iiriinleri ya borunun kanath dr§ yiiziinde yer nlrr veya dogrudan dogruya hava akum iQerisine (§ekil 10-4 e bakrmz) enjekte edilir. Dolayh
Sab it gi:ivc!e S1Zd1rmazl1k halkas1 D'nin ay nnt1Lar 1
Hava
..........._...
t::=:~-~~::1_
..
girl~ I
Sekil 10 ~ 4. DOner kurutucu: A, hava tsttlctst; B, sabit ba~hk; C, kurutucu gOvdesi; D, stzchrmazhk halkast; E, si.Zdtrmazhk halkast dayanagt; F, ·stzdirmazhk pan;ast; G, ~ember ler; H, dayanma silindirleri; J, giivenlik (saplama) silindirleri; K, dOndiirmc di!llileri; L, motor ve htz diizenleyici; M, hava ~~kt!i b~lt8;1; N, besleme oluSu; P, bo~altma vantilatO~ rii; Q, kanatla.r.
549 yoldan IS!tilan kuruttlcular (bunJarda lSI transferi dogrudan dogruya fmnm ru§ yiizeyine uygulamr) dogrudan dogruya yalatm alevi ile rsrtlhrlar, fakat bu tiir rsrtlna doner kurutucularda pek yaygm degildir. Sekil 10-4 ters akrm prensibi ile dogrudan do[';ruya lSltilan doner bir kurutucuyu gostermektedir. Hava sag taraftan kurutucuya girer ve once su buhan ile rsrt!lan kanath boru toplulugu iizerinden ve sonra da, oynak bir sizdJ.rmazhk halkas1 ile doner govdeye baglanmi§, sabit bir alt ba§hktan geQer. Bu krsrm, §eklin iQerisinde ayn olarak aQrkhkla gosterilmektedir. E halkasr, govdeye kaynakla ba[';lanmr§ ve govde ile birlikte donen halka §eklindeki fren kaplamasmr F, bir yay yardnm ile §ekilde gosterildigi gibi, sabit levha yiizeyine bastlrmaktadrr. Donen govde, dovme demirden bir Qembere G sahip olup, H silindirleri iizerlnde hareket ede1. Giivenlik silindirleri ], govdenin uzunluguna hareket etmesini onler. Govde, etrahm QepeQevre saran bir di~li Qember K tarafmdan donme hareketi kazamr ve genellikle hrz azaltan ve diizenleyen bir cihaza L sahiptir. Donme hareketi~in hlZI dakikada birka9 donii0ii geQmez. Besleme ucun· da yer alan sabit bir kismr M ikinci bir doner klSlm takip eder ve besleme olugu N, bu sabit lasrm iistiinde yer ahr. Fmmn hammadde besleme yaprlan ucu· na yerle§tirilen vantilator P, hrm iQerisinde bir emme meydana gelmesine sebep olur ve genellikle bu UQ, bir cins toz aymcrsma veya toz filtresine bo§alma yapar. Kurutucunun iQerisinde boyluboyunca yerle§tiri!mi§ bulunan kanatlar Q, maddeyi yerden ahr, yiikseltir ve yiiksekten bo§altrr. (.ok degi§ik §ekillerde diizenlenmi§ kaf!§lk yaprh kanat ve §U§Irtma levhaJan kuilamlmakJa beraber, §CkiJ 10-4 de gosterilen tip oldukQa standarddrr. Kurumu§ madde konveyor R tara, fmdan uzakla§tinhr.
10-7. Roto- Louvre kurutucusu. Bu, doner kurutuounun degi§tirilmi§ bir §ekli olup hava, kurutulacak madde tarafmdan !Ileydana getirilmi§ yrgm iQerisinden geQirilir. Sekil 10-5 de goriilen kurutucu bh silindirden A ibarettir ve bu silindirin iQerisinde, dipten u9 kisma dogru incelen ve birbirleri iizerine kapanabilen kanat §ekilli par~alar vardrr. Silindir A ile birbiri iizerine kapanan kanat §ekilli pa~Qalar arasmdaki lasmr, ayrrma levhalan C ile boyluboyunca uzanan kanallara boliinmii§tiir. Bu kanallar geni§ uQlarmd,t, swak havayr almak iQin a91k, dar uglarmda ise kapahdrr. Kurutucunun dr 0md", sabit olan ba§hgm bir krsmm1 te§kil eden D odae1g1, E baglanlls! yolu ile srcak havay1 ahr ve yukanda aQrklamasr yap1lan uzunlamasma kanallara dagrlrr. Srcak hava, bu kanallarda yer alan kurutulacak madde toplulugu iQerisindcn geQer. Bu kanallar §ekil 10-5 de 9apraz taranmr§ olarak gosterilmektedirler. Kanatlar B, donii§ yoniine gore hafif egimli olduklarrndan, kurutulacak maddeyi yiiksege kaldrrmazlar; fakat maddenin kanallara dokiilmesini onlerler. Bundan dola)'l kanallar boyunca ilerleyen srcak hava, §eki!Je oklarla gosterildigi gibi. kurutulacak madde toplu-
550
551
lugu i~erisinden ge~er. Hava kanallannm gittikge daralan hir yap1ya sahip. o!, masmdaki sebep, ha§langigta maddenin ya§ olmas1 ve madde toplulugunun, ince hir tahaka meydana getirmesine ve hu suretle, daha fazla hava gegmesine imkan haZirlamasidu. Kanahn daralan alt ucunda, madde toplulugunun meydana getirdigi tahaka kahula§Ir, ve hava gegi§ine )car§• direnc artar. Sekilde kurutulmasi istenilen maddeP.in kurutucuya doldurulmas1 ve kurutucuyu terk etmesi gosterihnektedir. Doner hir sizdumazlik halkas1 F, sahit ha§hk D ile donen kurutucu govdesini A hirhirlerine haglar. Buna henzer diger hir doner slzdumazhk halkas1 G da, doner lasimlarl sahit h:ir alt lasma H haglar. Bu alt lasmm tabanmdan kurumu§ madde kurutucuyu t'erk ederken, iist lasmmdan 91·~an hava once hir toz filtre.sine ve sonra da emme vantilatoriine gider. ·Kurutulacak madde ile havanm kurutucu igerisindeki alam1, gene! goriinii§ii yoniinden paralel akun tipindedir. Fakat kurutulacak madde ile hunu kurutacak havarun gercek temas1, ne par~lel ve ne de ?:t yiinde olmay1p, capraz alam tipindedir. Bu kurutucunun faydah yonii, kurutulacak maddeyi yiiksege kald1r1p yiiksekten dokiilmesini temin yerine, kurutucu tahamnda,.Ponerek ilerlemesini ve hu suretle km.lgan maddelerin ufalanmasm1 onlemesidir. Aynca siCak hava kurutulacak madde toplulugu icerisinden gectigi igin, hemen hemen madde ile denge durumuna eri§ir. Kuruma daha l.1zh olur ve hu seheple kurutucu, standard doner kurutuculardan daha k1sadu.
e
~ekil .10- 5. ~ Roto- Louvre kurutucusu: A, silindirik dt$ ylizey; B, kanatlar; C, kanatlan silindire ba8:Iayan par!;alar; D, steak hava da8ttma odact8t; E, steak hava giri~i; F ve G, dOner'stzdumazhk gemberleri, H, liriin ~,;tkl$1. (Link-Belt)
10-8. Tiirbin kurutucu. .Bu kurutucu (§ekil 10-.6) dii§ey bir silindir veya gok kenarh bir d1§ kaplamadan A ibarettir. Alt lm.nmda hulunan bir tahan
552 levhas1 B, C di§lileri yard1m1 ile dondiiriiliir. Bu levhadan yiikselen ~ubuklar D, iist klSlmda muhtelif kollara sahip bir par~a ile, ktlavuz mili yatagma baglanmt§lardtr. Bu ~ubuklarm etraflm, levha halindeki metal den' yaptlml§ bir band E sarmakta olnp; bu banda, kama §ekilli tavalar F baglanm!§lardtr. Biitiin bu klSimlar bir iinite halinde yava§' yava§ doner. Kurutulacak madde G kapiSindan kurutucuya girerek tavalan doldurur ve dolmu§ tava, donme sonucu once tavalardaki madde kahnhgm1 diizenleyen bt~agm H ve sonra da, kaztytcmm J . altmdim ge~er. Kazty1c1; kurutulacak maddeyi lava i<;erisinde kaztyarak K yanklan yolu ile bir alttaki tavaya aktanr. Her tava dizisi iizerinde bir kalmhk diizenleyici ve bir de kaztytcl yer almaktadtr. Kurumu§ madde en sonunda kurutucunun altmda bulunan bir kovaya L toplamr ve buradan vidah bir konveyor M ile kurutucunun ru§ma ahmr. Hava, kurutucu govdesinin altmda lfulunan ~ok sa)'ldaki delilder yolu ile kurutucuya girer. Kurutucunun merkezinden yiikselen bir §alf N, §ekil 3·45 dekine benzer tipte ~ok say:tda vantilatore sahiptir. Bu vantilat5rler hava)'l, merkezden ~evreye dogru ve tavalarm iistiinden gegecek §ekilde harekete getirirler ve hava, §ekilde oklarla gosterildigi gibi, vantilatorlerin arasmdaki kiSlmdan merkezi §afta geri gelir. Buharla lsttllan ve kanath borulardan meydana gelen bir boru toplulugu P, hareket eden havay1 devamh surette !Sltlr. Kurutucu i~e risindeki hava)'l belirli rutubet stmrlan igerisinde tutmok i~in, havanm bir lasm1 Q kaplSlndan dl§arl at!ltr. .
553
10Cl0. Siizge!)- kurutucu kari§Imlan. (iistren beslenen siizge!)ler). Tanecik yaplSlna sahip olup da, bir siVi igerisinde suspansiyon durPmunda bulunan katilardan bu stvtlar, doner devamh siizge9 olarak adlaudmlan, bir tip siizge9 yard1m1 ile uzakla§tmhrlar. Bu siizgeQler, kiSlm 12-16 da a~tklanacak lardtr. Bu · cihazlar §U §ekilde 9ah§maktadtrlar: suspunsiyon durumunda bulunan madde siizge9ten siiziildiikten sonra, siizg0cin altmdan swak hava gonderilir ve bu suretle, siiZIUe ve kurutma tek bir cihaz iQerisinde ve aym zamanda meydana gelir. Bir gorii§e gore bu cihaz, kurutucular arasmda yer almahd1r; fakat bu konunun ele§tirmesini siizme boliimiine btrakmak daha uygun olacaktu. 10·11. Sllindir kurutucular. Bu kurutucular devamh bir tabaka halindeki kilg1t ve tekstil gibi maddelerin kurutulmasmda kullamhrlar. Bunlar pek ~ok sa)'lda bnharla IS!ttlan silindirlerden meydana gelmi§ olup, kurutulacak madde bu silindirler iizerinden devamh ge~er. Sekil J0-7, bu tip bir kurutucunun sadece bir lasmmt gostermektedir. Silindirler A iki farkh seviyede stralannn§ olup, aralarmda levha halindeki kurutulacak ma
Bu kurutucu, standard doner kurutucudan daha az yer kaplar ve kmlgan maddeler i9in daha uygundur, aynca daha az enerjiye ihtiya9 gosterir. Kurutma operasyonunda uzakla§tlnlmas! istenilen stvmm, sudan ba§ka bir SlVl olmast halinde. kurutucuya dogrudan dogruya bir yog"nla§tlnCI baglanarak, bu s1vi tekrar elde edilmelidir.
10-9. Konveyor kurutueular. Tiinel kurutucular her ne kadar «levha veya toplu halde bulunan maddeler, konveyor veya tavalar iizerinde la§llllr>> ad1 altindaki bir smtflamaya sokulmu§larsa da, bu kurutt:cular baz1 hallerde tanecik yaptsmdaki katl maddelerle de iyi sonug verirler. Konveyor tipindeki tiinel kurutucularda konveyor, kurutulacak madde biiyiiklii~iine gore se9ilmi§, kurutulacak maddeyi ta§!yan VC havamn madde i9erisinden gegmesini temin eden, band §eklindeki bir elekten yaptlml§tlr. Kurutucunun bir ucundan diger ucuna kadar havanm izlemi§ oldugu yo!, duruma gore bir hayli degi§iklik gosterir. I\urutucunun herhangi bir klsmmda havanm izlemi§ oldugu yo!, tiinelin alt lasnnndan iist ktsmtua dogrudur ve hava genellikle, bir IS!tlCidan ge9irilerek dola§llnhr. BaZI hallerde ise havamn izlemi§ oldugu yo! yukandan a§ag1ya dogru olabilir.
buhan
Sekil -10-7.
Silindir kurutucu: A, silindirler; B, levha yaptsmdaki kuiutulacak madde; C,
mil yataklan. (Beloit)
555
554 $ekil 10-7 (alt las1m) iki silindiri ve bunlann .baglant!lanm giistermektedir. Bu silindirler genellikle diikme dernirden yapi!makla beraber, son zamanlarda sac levhalarm kaynaklanmas1 ile de yapi!maktadir. Silindir yatagmm icerisi bo~tur ve bu bo~luga buhar giri~i ile kondensat ~Iki~l baglanmi~tir. Silindir yatagmm d1~mda bir tek baglanti yer almaktadn·. Sabit alan baglanti diin.en bir boruya baglanmi~l!r. Bu baglant1, ~ekil 10-8 de giisterilmektedir. Boru A, silindir yatagma baglanm1~ olup, onunla birlikte diiner. B~glanll giivdesi B sabittir. Boru iizerinde parlati!mi~ yuvarlak bir yiizeye sahip dirsek C yer almaktad1r. Bu yiizey, dirsek C ile ayrn capa sahip alan ve kendisi de yuvarlak bir yiizey giisteren, grafitten yapi!m1~ bir bilezige D dayanmaktadir., Grafitten yap1lmi~ bir burc E, diinen boru iizerindeki baglanti giivdesini tutmaktadir. Bir yay F, iki yiizey arasmda s1ki bir SIZd!fmazhk temin etmektedir. Sabit bir boru G, baglanll giivdesine vidalamr ve ko\ldensatm d1~an ati!rnasm1 saglar. Silindirin ic lasm1 ~ekil 10-7 den giiriildiigii gibi iQbiikey bir yap1ya sahiptir ve silindirin dip hsmma yakm bir noktadan, kondensat sifon yapilar~k di§an ahmr Kondensat H yolu ile di§arJ atihr. Su buhan ] yolu ile gelir, A ve G borulat:mn arasmdaki hs1mdan silindire girer.
degi~meleri kar~I!ayacak
§ekilde, silindir luzlarmm degi~tirilmesi wrunlu olur. Bir k!l.ilJt kurutma makinas1 50 ill! 75 adet silindir~ aahip olabilir. Silindirlerin iki dizi halinde malanmas1 standard durum olmakla beraber, baz1 durumlarda iic dizi halindeki si.lindirler de kullamlmahad~r. 10-12. Asia kurutncuJan_ Bu tip kurutucular tekstil maddelerinin ve baz1 cins kil.gitlarm, iizellikle bash maksad1 ile fazla miktarda dolgu yapllm1~ kilgttlarm, kurutulmasmda kullamhrlar. Bu kurutucularm bir tipi §ekil 10-9 tla giisterilmektedir. Levha halindeki 1slak madde A noktasmdan kurutucu icerisine dogru siiriiliir, bir seri silindirler iizerinden gecirilir ve silindirle_r arasmda sarkmasma imkiln verilerek, bir seri a ski B meydana getirir. Gapraz cu buklan C ta~1yan devamh zincir konveyiiriin h1z~ ashlar belirli bir uzunluga eri§ecek ve bu uzunluk her noktada aym kalacak ~ekilde, kurutulacak levhanm hiZina gore diizenlenir. Ashlara muntazam bir §ekil vcrmek icin vsntilator, prif::r E yolu ile hava iifleyerek ask1lart acar. Madde tamamiyle kurudnktan sonra, bir seri silindirden F gecirilerek kurutucp.yu terk eder ve sonunda bir silindire G sari!~r. Kurutucunun giri~ ve ·ciki~mdaki ufak silindirlerin grupla~mas1, levha luzm1 kontrol eder ve son silindir iizerine bash yapar. ~·
~ekil 10 _ 8. DOner baglantl: A, dOner buha.r borusu; B, ba8lanh yuvas1 (sabit); C, dirsek; D, ·grafit yatak; E, grafit bur~; F, yatak yayr; G, kondensat bo$altma borusu; H, kondensat bo~aJtma bagtanbst; J, buhar ba8:lantlSI. (Johnson)
Silindirleri diindiirmek iQin degi§ik metodlar vardir. Genellikle. alt manm silindirleri birbirlerine di§lilerle baglantni§ olup, dizinin muhtelif noktalarma yerle~tirilmi§ motorlarla diindiiriiliirler. Dst mamn silin~i~ler.i ise, ya ~ekil 10-7 de gosterildigi gibi, ara di~li cark yardimi ile alt Slfa sihndirlen tarafmdan veya ~ekilde gosterilmemi~ alan bir zincir ile dondiiriilebilirler. ~u si.lindir di"'· zilerinin h1z ayarlamasi, oldukca kan§Ik bir i§tir. Buna sebep (ozelhkle kil.g1l ve tekstil maddelerinde), levhamn kuruma esnasmda boyut· degi§tirmesidir. Bu
Askt kurutucu: A, kurutucuya giren levha; B, asktlar veya kolonlar; C, ~ap raz ~ubuklar; D, askt iifle!;leri; E, hava nozulu; F, levha · ~akt~t; G, iiriin silindiri;_ H, vantilatOrler; J. vOn de~i~tirme levhalan; K, tstttcllar; L, hava !rtkt~t; M, hava kontrol kapaklan.
Sekil 10- 9.
Havanm kurutucu icerisindeki dola~nru yanal bir kesitl~ gosterilmektedir. <;:ok say1daki motorlar, vantilatiirleri H cah~tmr ve hava, motor etrafmdaki yuvadan iceri girer. Havaya,
557 556 ile yon verilerek, kurutucunun sag tarafmda hava alnmmm yukandan a~agtya dogru ve mtmtazam bir ~ekilde olmast saglamr. Asktlan yukandan a~agtya dogru ge~en hava, su buhan ile tsttdan ve kanath borulardan meydana gelmi~ alan, tsttiCl K yardtml ile Istllhr. Nemli hava L borusu yolu ile kurutucuyu terk eder ve btmun miktan, bir kapakla M kontrol edilir. Bu kapagm gah$mast oto· matik kontrol cihazlan ile diiziml~nir.
10-13. Mekanik olarak kar•:>ttnlan lrurutucular. Devamh gah~an doner bir kurutucuda kurutulamayocak kadar yapt§kan ~ian, tepsi veya kompar· timan tipi ktrrutucuda kurutulacak kadar degerli olmayan, pek gok maddenin kurutulmasmda, gok degi§ik tipleri bulunan ve mekanik olarak kart§tmlan kurutucular kullamlmaktadrr. Bunlarm bir tipi §ekil 10-10 da gostedlmektedir. Yatay konulmu§ alan caketli bir silindirin A, her iki ucu uygun alan ba§hkbrla B kapatdmi§llr. Silindirin iist ktsmmda doldurma kapaklan C ve alt ktsmmda bo§altma kapaklan D vardtr. Silindirin igerisinde salmastra kutularmdan F gegen merkezl bir §aft E var olup; bu, §aft yataklan G tarafmdan ta§mmaktaihr. Saftm iizerinde spiral kart§llrma kanatlan H yer almt§ olup, kanatlardan bir ktsnn maddeyt bir yonde harekete getirirken ba§ka bir klSlm, tamamen z1t yonde hareket ettirmektedir. Bp tip knrutucular genellikle devamstz olarak gah§maktadtrhr. Doldurma kapaklan C yolu ile, kurutulacak madde yeterli miktarda kurutucuya doldurulur. Bundan sonra kapaklar kapamr ve yogtmla§hriCI ile alan baglanlllar kurulur.
Sekil 10-10 da gosterilen cihazda kurutucu govdesi donmez. Bu kurutucunun diger tiplerinde donen bir govde vardtr ve bu sebeple, cakete su buhan gonderilmesi, kondensatm dt§an almmas1 ve vakum pampaS! ile alan baglanttlar hep igerisi bo§ bir mil yolu i!e.yaptlmaktadtr. $ekil 10-10 da gosterilen kurutucuda, K baglanttlan cakete su buhan \"ermek ve L baglanttlar1 da, kondensatl dt§an almak igin kullamhrlar. Bunlardan ba0ka sol taraftaki mil yatagmda, kan§tlnct §aftt igerisine su buhan gondermek ve ktvnk bir sifon borusu M ile kondensah bo~altmak igin, baglantt!ar yaptlmt~hr. Bu husus §ekil 10-8 de giisterilen tipte doner bir baglantmm kullamlmasm1 gerektirir. Bu tip kurutucularda kurutucu igerisinden hava g
Vakum pompasma~.,_.J..
Su buhan Kondensat
Sekil, 10- 10. Mekanik olarak kan!}tmlan devamstz bir kurutucu: A, .caketli silindir; B, ba~hklar; C, doldurma ba&lant.J.lan; D, bo.$altma kapllan; E, kan!Jtmct !Jaftt; F, salmastra kutusu; G, !Jaft yata&t; H, kan!}tmct kollan; J, buhar !a:Iki!Jlan; K, su buhan giri!}leri; L, kondensat ~~k~!Jlan; M, !Jaftda meydana gelen yogunla!Jma iQin bo.r.tltma sifonu. (Buflovac)
Yoguula§tmmdan sonra bir vakum pampaS! devreye baglanabilir veya baglan• mtyabilir. Kurutma i§lemi son buluncaya kadar kan§tm~t Qah~tmhr. Kuru~ma son bulur bulmaz •yoguula§llnm ve vakum pompaSI ile alan baglanttlar kesilir, kurutucu igerisine hava ahmr, bo§altnia kapaklan D agilir v,O kan§tirmamn devamh Qalt§tlnlmast ile, kurutulmu§ madde D kapaklarmdan kaplara doldurulur.
Sekil, 10- 11. Devamstz !;abQan kurutma operasyonlan igin vakum kurutucusu: A, kurutucu tavast; B, su buhan jaketleri; C, Qaft; D, kam,;tmct kollan; E, bo~altma kapag1. (Buflovac)
vaya doldurulur, kurutma operasyonunun sonunda tavanm bir yamndaki kapak E agthr ve kart§tlnct btgaklarmm harekete gegirilmesi ile, kurumUJl madde bu kapaktan bo§altilir. Bu kurutucular agtk tutulabilirler ve atmosfer basmc1 altmda galt§tmlabilirler. Aynca iistleri ortiilerek, §ekil 10,11 de oldugu gibi, vakum altmda gah§tmlabilmeleri de miimkiindiir. Bu kurutucular az miktarda alan ve tanecik yaplSlnda bulunan veya yapt§ma iizelligi alan maddeler igin uygundur.
559
558
10-14. Tek ve !)ift Silindirli kurutucular. Herhangi ·bir prosesin bir kademesi, esas iiriiniin elde. edilebilecegi bir ~ozelti verecek olursa, bunu takip eden diger i§lemler ~ogu zaman ya ~ozeltinin bir evaporatorde buharla§ttrllmas1 veya ~ozeltiden esas maddenin kristallendirilme;i §eklindedir. Diger taraftan pek ~ok madde ozellikle kolloidler, ~ozeltilerden kristallendirilemezler ve madde S!Vl halini siirgiird_ligii miiddet~e, evaporator sadece suyu i.zakla§tlflr. <;:ozeltinin konsantrasyonu ~ok f"azla yiikseldigi ve viskozitesi artt1g1 takdirde, evaporasyon operasyonu gjttik~e ekonomik onamini kaybeder; bunda~ _sonra, geriye kalan suyun buharla§masim temin eden cihaza kurutucu ad1 venhr. Vakum altmda ~ah§an rafh kur\Itucular hari~, ynkar1da aQiklamalanm yaptii!ImlZ kurutucularin hi9 biri bu tip bir kurutma i9in uygun de~illerdir. Konsantrasyonu Qok fazla yiikselmi§ ~ozeltilerden, son kalan QOziiciiniin de uzakla§tmlmasJ, tek veya ~ift 'silindirli kurutucularla yai?IIabilir. Bu grubm~ k~r.akt~ri~tik .taraf~ §U· dur: t~ Ios1mdan ISittlanve yava§ yava§ donen, metal bu sJimdir uzerme v1skoz ~ozelti, ince bir fihn tabakasi halin,de ya}~hr. Silindir!erin h1z ve srcakl1k ayan, maddenin tamamen kuruyabilmesi gozoniine almarak yap1hr. Kurumu§ madde bir bicakla silindirden kazmarak ahmr. 10-15. Atmo~erik tek ve !)1ft sllindirli lmrutucular. Sekil 10-12 de ~ift silin?ir\i.. bir kurutucu .gosterilmektedir. Bu kurutt.CU esas itibariyle, diiz. bir
~
~
~
c A
f= . \'
~
F ~
D
Ji O]l
Sekil 10- 12. Atmosfer basmc1 altmda ~ah~an !rift silindirli ~i.r kqrutuc~: A, kurutm.a silindirleri; B, miller, c. kaz1y1c1 bu;ak; D, iiriinlin ta~mmast I!rm konveyOr; E, kapak lev-
haSI. (Buflovac.)
yiizeye sahip dokme demirden yapi!mi§ iki biiyiik silmdirden A meydana gelmi§tir. Silindirlerin ic losmma su buhan gonderen ve kondensatl alan borular, silindirleri ta§Iyan ve icleri bo§ olan millerden ge~erler. Silindirler birbirlerine kar§l yo!)de donerler ve kurutulacak cozelti, silindirler tarafmdan meydana getirilen V §ekilli arahga gonderilir. Madde kayb1, V §ekilli arahjt!n iizerini bir kapakla E orterek onlenir. Kiiciik iinitelerde ozel besleme cihazma genellikle ihtiyac yoktur. Biiyiik kurutucular icin, muntazam bir besleme temin etmek maksad1 ile, ·gidip gelen veya sallanan bir besleme borusu kullamhr. Silindirleri orten film tabakasmm kalmdigi, silindirler arasmdaki ag1khgm ayarlanmas1 ile diizenlenir. Kaziyici hicak C, dJ§ tarafa ve silmdirle!in iistiine gelen bir yere yerle~tirilir ve kurumu~ olan iiriin konveyor E icerisine dokii!iir. Ufak kapasiteler icin kurutucu tek bir silindirden meydana gelmi§tir. Bu tipte silindir alt losmmdan, besleme yaj;nlan bir tekneye daldinlmi~tir ve alttan beslenir. Kazi~CI biQak ise, silindirin bir yanmda ve alt k1sma yakm bir noktadad1r.
10-16.
Valmm altmda cab§an tek veya !)1ft silindirli Imrutucula.r.
Atmosfer basmc1 altmda kaynama temperattiriine kadar ISJtiimalan saloncah olan, hassas maddelerin kurutulmasi icin, §ekil 10-12 dcki kurutucu vakum altmda ~a!J§a~ak §ekilde yapii1;. · Vakum altmda ca!I§an tek sili!)dirli bir kuru\ucu ornegi §ekil 10-13 de gOriihnektedir. A, tek bir kurutma. silindiri olup, dokme dentirden yap1lm1§ geni§ bir kaplama B ile sanlmi§ ve bu kaplamahm atmosfer basmci altmda §ekil degi§tirmemesi icin, demir ku§aklar konuhnu§!Ur. Silindir milleri C kaplama ru§l· na cikacak §ekilde uzatJ!mi~ ve salmastra kutusu ile sizdirmaz duruma getirilmi~lerdir. Bir taraftan salmastra kutusu yolu ile silindire su buhan gonderilirken, diger .taraftan (§ekil 10-8 dekine benzer) bir doner baglama D ile kondens~t alunr. Kaplamanm all kismmda devamh olarak beslerne ciizeltisi gollendi, rilir. Bu ~ozelti, besleme pompasJ E ve besleme borusu yolu ile besleme teknesine G gonderilir. Gozeltinin fazlas1 giillenmi§ olan losma geri gelir ve yayrc1 H, silindir ii~etinde muntazam kalmhkta bir tabakanm meydana gelmesine sebep olur. Kurumu§ olan iiriin bir biQakla I kazmarak silinuirden ahmr ve bu bJQak, ch§ar1dan el carh K ile ayarlamr. Driin vidah bir konveyor L icerisine dii§er; bu dii~li§, bir kapama valf1 M yolu ile olur ve i.iri.in, iiriin toplama tankmda N toplamr. Biiyiik kapasiteli kurutucularla, devamh cah§masJ zorunlu kurutucularda, bu ~ekilde iki adet iiri.in depolaYJCISl vard1r, bualardan biri bo§al!ihrken digeri doldurulur. Gozleme penceresi P, operasyonu gozleme imkamm verir. Q baglantm once bir toz tutucuya, sonra bir yogunla§lincl) a ve en sonra. da bir vakum pompasma baglamr. R kapag1 bak1m ve tamir ile cihaza girme irnkaru verir.
560
561
10-17. Piisl
p
Pi.iski.irtme emzigi lol'ntn aynntllan
Sekil 10- 14. Piiskiirtmeli kurutucu: A, hamlag (briilOr); B, ilk hava tifleci; C, yanma odast; D, ikinci hava lifleci; ikinci derece hava gcgiti; F, steak hava borusu; G, stc~ hava helezonu; H, piisktirtme nozulu; J, hava 91kt~ borusn; toz toplaytclSl; L, iiriin !;tkt$ yolu; M, hava gtkt$ yoiu; N, toz t;:tkt$ yolu; P, 1;0zelti besleme borusu; Q, giri$ diski; R, JlOzul deli~H.
(Swenson.)
Bu hava, yanma odasmm etrafm1 saran bs1mdan yukanya dogru geQerek F borusunda yanma gazlan ile kan§lr ve kurutucunun iist klsmm1 tamamiyle saran helezona G girer. Helezon klsmma ait 91b§ deligi; hava ve s1cak gaz kan§1m1na spiral bir hareket verecek ~ekilde, kurutucunun iist k1smma baglanml§llf. Knl. Gatalla! -
Kimya MUhendisliAine Giri!
F. 36
562 rutulmas1 istenilen gozelti piiskiirtme nozulu H tarafmdan, s1cak hava - gaz ka- . ri§Imi igerisine piiskiirtiiliir. Ba§langigta piiskiirtiileL gi:izelti ve gaz kan§Iffii spiral bir yo! takip ederek, kurutucn tabaruna dol\ru iner. Bu esnada goziicii buharla§Ir, swak gaz ve hava kari§Iffil ile birlikte yoniinii degi§tirir, kurutucunun merkezinden yukanya dogru gecerek I borusu yolu ilo kurutucnyu terk eder ve toz toplayiciya girer. Kurutuhnu§ iiriin konik tabanda I. toplan1r. Sekilde gosteriien kurutucu, gok yiiksek temperatiirde (76o•C) kurutulabilen, kraking katalizatorlerinin kurutulmasi igin yapilnu§trr. Piiskiirtmeli kurutucular siit ve meyve sular1 gibi iiriinlerin kurutulmalan igin de kullamlabilirler. Bu · durumda hava, su buhar1 ile ISiti!an born toplulugu iizerinden gecirilerek ISltihr. Her iki hal igin de gah§ma metodu aymd1r. Swak gazlarm toz toplayiCiya K, tahjant b.ir durumda girmeleri kendilerine bir donme harekeli verir, santrifiij kuvvet katl pargaciklan merkezden cevreye firlatir ve kat1 pargaciklarmdan temizlenmi§ gazlar M yolu ile toz toplay:tCiy:t terk ederler. Bu metod, ufak tanecikler halindeki kith parcaciklarm hepsinin, gazdan nzakla§hri!masmda her zaman ba§ar1h olmadig;I igin toz tutucuda, ya§ metod olarak adlandmlan bir metod uygulanu. Bu metodda gaz ak1m1 icerisine bir s1v1 piiskiirtiiliir ve ufak taneciklerin hepsi y:tkan~rak gazdan ahmr. Konik tabanda N toplanan kari§Im, tekrar besleme tankma gi:inderilir. Piiskiirtme nozulu H farkh tiplerde yapilabilir. Tamamiyle diiz olan bir disk olabilir. Bu disk cok lnzh di:iner ve ince bir film §eklinde iizerine yaydan cozeltiyi, kenarlanndan ufak damlaciklar halinde s1cak gaz igerisine piiskiirtiir. SantriC fiij pomparun kapah tiirbinine benzer §ekilde yapi!mi§ olanlar da vardrr. Bu, bir, birlerine paralel olan iki levhadan yapdmi§ olup, aralarmda lavnk kanatlar bulunmakta ve gok 1nzh bir §ekilde d.i:inmektedir. En gok kullandan bir tip nozul (piiskiirtme emzigi) §ekil 10-14 de gosterilmektedir. Kurutulmas1 istenilen madde gok yiiksek basmg altmda (21- 28 kgr/cm• den 700 kgrjcm• ye kadar) P borusuna gonderilir. Madde, iizerinde diyagonal delikler bulunan bir diskten gecer ve bu delikler, siviya bir dorune hareketi verir. Bundan sonra s1vi orifiz R yolu ile di§ari f1rlar ve santrifiij kuvvet, maddenin piiskiirmesini temin eder. Bu tip piiskiirme nozullari berrak ci:izeltiler veya az miktarda kati madde ihtiva eden cozeltiler icin kullamhrlar. Daha viskoz c
563 rinin OO§ oldugu goriiliir. Bu husus §U §ekilde agik!anabilir. Te§ekkiil eden damlamklann di§ yiizii kuruduktan sonra, ig laSimda kalan nemiu di§anya dogru difiizlenmesinden daha lnzh olarak, damlamga lSI transferi olmaktad1r. Bu hal damlaCik igerisinde buhar te§ekkiiliine sebep olmakta; bu buhar, viskoz olan damlacigi bir halon gibi §i§irerek ona kiire §ekli vermekte ve kendisi de, kiire kabul\unu catlatarak kagmaktad1r. Piiskiirtmeli larrutucularm dil\er bir faydah yi:inii, siCak gazlan kurutma igin kullamlabilmeleri ve maddeyi, gazlarm ya§ termometre temperatiiriiniin pek fazla iistiine Jsitamamalimdu. Bu husus kahve ekstraktmm, meyve sularmm, siitiin ve bunlara benzer maddelerin, lezzet ve kokularma bir zarar vermeksizin larrutulmalarma imkiln verir. Buna sebep kurumamn dii§iik temperatiirde meydana gelmesi ve iiriiniin gok lasa bir zaman kurutucuda kalmasu:!n·. Havamn piiskiirtmeli kurutucu igerisinde izledigi yo! sadece §ekilde, gosterilenden ibaret degildir. Piiskiirtmenin iist kisimda yapildigi bir la.s1m piiskiirtmeli kurutucularda gazlar, piiskiirtiilen madde ile birlikte a§ag1ya dogru akarlar ve art1k gazlar, alt lasma yalan bir noktadan di§ari almrrlar. Diger bir tip piiskiirtmeli kurutucuda ise, hem piiskiirtiilen maddenin ve hem de gazlarm akimi, a§al\Idan yukar1ya dogrudur. Bunlarm di§mda kalan ve kurutucunun kullamh§Inl esas alan ba§ka kurutucular da vardu. Kurutucularm projelendirilmelerinde onemli nokta, kurumasl tamamlanmaml§. pargaCiklarm, hava tarafmdan kurutucu ig yiizeyine kadar ta§mmamasidir. Piiskiirtmeli kurutucular oldukga pahah cihazlardir ve §U hallerde kullaml~ malan uygun olur: (1) Piiskiirtnieli kurutucuda larrutulmu§ madde karakteriuin dil\er tip ·kurutucularda kurutulmu§ olaulardan daha iistiin olmasi, (2) biiyiik miktarda maddenin kurutulmasma ihtiyag duyulmasi,. (3) iiriiniin fiziksel karakterinin piiskiirtmeli kurutucuda kurutulmasm1 gerektirmesi. Sekil 10-14 de gosterilen tipte piiskiirtmeli l
10-18. Ozel Immtma metodlan. Bu metodlar sadece ozel haller igin kullamhrlar ve gene! bir uygulama nitelil\i ta§Irnazlar. Infrared (ktzt!Otesi) radyasyon, otomobil gi:ivdesi gibi metal malzeme iizerindeki boya tabakasinm kurutulmasmda kullaruhr. Radyasyon genPllikle kiziiiitesi l§ID VE>
565
564
bir tiinel kurntucuda yapli1r. Bu kurutma operasyonu sadece metal yiizeyler iizerindeki ince boya filmleri iQln uygundur, coziicii olarak sliyun yer aldtgi hailer iQin hicbir zaman kullamlamaz. C:ok pahal1 bir kuruto1cudur. Dielektrik ts1tma, kurutulac.ak madde yiiksek frekansh (2 il!i lOOX 10' devir) bir elektrostatik alandan ge9irilerek, temin edilir. Bu, maddenin her noktasmda muntazam bir !Sinma meydana getirir. Bu metod sudece, kontrplak tabakalan arasmdaki recinenin polimerizasyonu ve bu suretle, tabakalann birbirlerine yap•§masi icin iinem ta§Ir. Bu yonden de tam bir kurutma operasyonu saytlmaz. Kurutma icin de kullanlimas1 dii§iiniilebilir; fakat cok pahahchr.
. 10-20: Denge ~tubetinln (neminin) miktan. Rutubetli bir katl madd~m~ -~ab1t temperatur ve rutubetteki, bir hava ak1m1 ile temasa geldigi hali goz onune ~:'hm: H~"~· sabit temperatiir ve rutubctte olmas1 sebebi iJe, hava alammm ozellilden sab1t kalrr ve sistemin dengeye eri§mesi iQin y~terli temas zamam, oldukca uzun olur. Boyle bir durumda kat1 madde belirli bir rutub t degerine' .er~§ir ve bu hava ile daha fazla temasta kalmas1 durumu degi§tirme:. Buna, belirhlen ~artlar altmda maddenin denge rutuhetinin mikttm ad1 verilir.
1- Ka-t ' . 'bask1 '. 91 .Yem 1/ 2-Yl.in. orulmUs I I 3-NitroselUloz I ~ 24 _4-lpek 5-Kosele, bitkisel de ag '/ J 6-Kaolin ~ 7-TI.itun yaprag1 Jj I 2 0 c8-Sabun §... J 4 9-Tutkal '7J 2a
I
Ozel hailer icin buzun buharla§tiTllmasmdan da f\lydalamlabilir. Saf buz iizerinde suyun buhar basmc1 4,6 mm dir. Bunun bir >onucu olarak iQerisinde su bulunan bir madde, 4,6 mm den daha dii§iik bir vakum altmda tutulacak olursa su donar ve "buzun siiblimle§tirilmesi sonucu, sudan kurtanhr. Madde bir Qozelti iQerisinde bulundugu takdirde, buharla§manm rneydana gelecegi basmc daha dii§iik olur. Bu metod yava§ ve pahah olup, Qok geni§ cihazlara ihtiyac gosterir. Bn metodun faydah yonii, yiiksek ternperatiir veya ,,ksidan atmosferden zarar goren, biyolojik iiriinlerin kurutulrnalannda kullarnlabilmesidir. Meyve sularma uygulanmas1 da dii§iiniilebilir.
I
v
16
{/ v
l.l'
12 10·19. Kurutma t.eorislne giri!l!.
Kurutma operasyonunun teorik yonden aQiklanmasma (kitabirniZdaki diger operasyonlann ac•klanmasmda oldugu gibi). iki baklmdan ula§rnaya cah§acag1z; birincisi, denge bagmtiian ve ikincisi, debi bagmtllandrr. $irndiye kadar aQiklamalan yaplian operasyonlann bir miktar yard1rnlan olacaktrr. Kurutulacak rnaddeye dairna bir IS! transferi (degi§ik yollardan) vardrr ve bu husus, Is! transferi boliirniinde; kurutulacak rnadde yiizeyinde suyun hava alamt icerisine buharla§tlrlimasl 8 nci boliimde ac•klanmi§tlr. Bunlara il!iveten nemin S!Vl veya buhar halinde, maddenin iQ kismmdan madde yiizeyine transfer olay1 da meydana 'gelir. Kurutma operasyonunda, QOk degi§ik karaktere sahip maddelerle kar§Iia§IImasi ve bunlarm pek cogunun sa. bun agac, tekstil vs. gibi cok kan§Ik bir yap1ya sahip olmas1, denge ba~mtlla nmn· daha once kar§Ila~tigrmiz operasy01IIarm denge bagmt!lanndan daha" kompleks bir yap1ya sahip olmasr, ~a~rlacak bir~ey 'degildir. Deng~ ba!llnt!lanmn kompleks bir yap1 giistermesi gibi, suyun madde 1gerisinde icten di§a dogru transferine ait mekanizmanm ve debi e§itl@nin de farklil1k gostereeegi dii" ~iiniilebilir.
. Daha iinceki sahifelerde yer alan kurutma ciiiazlannm (iirnegin, tek ve <#t silindirli kurutucular) yeniden gozden gecirilmesi, bir kls1m kurutucularda kuruyan maddenin sadece su buhan ile temasta olmasma kar§Ihk; kurutrna metodlannm pek Qogunda havanm, su buhan igin ta§tYICI 'llarak kullaniidi!;im gostermektedir. A§a!llda yer alacak aciklamalar btj son metodu kapsayacakt1r.
/
I
8
./
/ 4 'lA "/
:~
~
,
v
rt
/
/
I j/ Ifa
/2 J 'A
-
r--
/
~ I'/ !"
J. ~ v r.l:l
~ -;,?
v
i""'"
-
;..
/
v
6
20 40 60 Yuzde relatif rutubet
80
100
$ekil 10-15. 25°C i9in denge rutubetine ait eAriler.
Pek gok madd~ i~in denge ~utubetinin miktan, dengey.;. yakla§Ihna yoniine bag• hdrr. Rutubetli brr maddemJ;I kurmMya (desorpsiyon) veya klrru bir" maddenin rutubet absorplamaya (sorpsiyon) terkedihnesine gore, degi§ik degerler. elde , olunur. Kurutrna hesaplamalan iQin sadece desorpsiyon degeri kullamhnahdrr. 1
Ru~bet (nem) dogen YO$ madde esas ahnarak, OmeSin kgr nem/kgr katl madde + ~ ~~m veya kuru madde esas almarak, Orne8in kgr nem/kgr katJ. (nemsiz) belirtilebihr.- Kuru madde esas ahnarak yapllan hesaplamalar (benzer se~im ktsiiD 8-10 da da .Yapll~trr) daha uygundur ve bu bOliimiin bundan sonrak.i k.tsl1lllarmda hep bu fC]dl kullan!lacaktrr.
566
567
Madde denge miktarmdan fazla rutubete sahipse, rutubeti desorpsiypn egnsi tarafmdan giisterilen denge miktarma eri§ince}e kadar, kurumaya devam · eder. Diger taraftan madde denge degerinden daha kuru olup, belirli temperatiir ve rutubete sahip hava ile temasa getirilmekte ise, sorpsiyon egrisi iizerindeki denge noktasma eri§inceye· kadar su absorplanmaya devam eder. Rutubeti slfrr olan hava i9in, biitiin maddelerin denge rutubet miktan slfrrdrr.
-
.
Belirli bir yiizde rutubet i9in, maddenin tipine t~bi olarak denge rutubet miktan onemli derecede degi§mektedir. brnegin, gozenekli bir yap1ya sahip olmayan ve ~oziiniirliigii bulunmayan katl maddeler i9in (herhangi bir rutubet ve temperatiirde maddenin tiimii gozoniine abnd1g1 ta!
buhar basmc1 kadar bjr buhar basmc1 gosterir. Bu hl!sus, belirli bir madde tarafmdan tutulan suyun iki farkh ~ekilde olabilecegini ortaya koyar. Doymu§ hava ile denge halinde bulunan maddenin sah;p olabilecegi en dii§iik su konsantrasyonuna, (§ekil 10-15 de egrinin %100 relatif rutubet dogrusunu kestigi nokta), baglt su ad1 verilir. C:iinkii aym temperatiirde bulunan,RJVI sudan daha az btihar basmcma sahiptir. Bagh su ihtiva eden maddelere, higroskopik maddeler ad1 verilir.
20 I i6"C
1
·«
.J ~
2
~ V/,~ ./: ~ ~ ~to.f ~ ~~v
0
:~~~ ::J (f)
uo
Sekil
Vo
'"vi
n
10-21. · Bagh, bagsiZ ve serbest sn'. Sekil10-15 de gosterilen denge egrileri %100 relatif rutubet dogrusunu kesii:Jceye kadar uzati!acak olurlarsa, bu suretle bulunan rutubet miktan maddenin sahip o[abil.ecegi en dii§iik rutubettir ve aym temperatiirde bulunan sivi suyun sahip obl:ilecegi kadar yiiksek buhar basmCI verir'. Herhangi bir mad.de bu kesim nokias1mn gosterdiginden daha fazla su ihtiva ederse, yine de sadece o temperature tekabiil eden suyun
h IP'(740
4
Birka9 tipik denge rutubet egrisi1 §ekil '10-15 de giisteribuektedir. Bunlar sadece ornek egriler olup, belirtilen maddelerin her tiiriine uygulanabilecekleri dii§iinlilmemelidir. Ornegin, 7 numarab egri sadece kontrolu yapi!an ozel bir numuneye ait olup, biitim tiitiin yapraklanm kapsamaz. Ah§Ilml§ oldugu i9in §ekil 10-15 de relatif rutubet absis olarak kullamlmi>llr. Relatif rutubet (lasrm 8-10 daki dipnota balamz), gaz fazdaki su buhan lasml basmcmm, aym temperatiirdeki suyun (sivi) buhar basmcma oram olarak. tammlanmi§IIr ve gene!• likle yiizde ile belirtilir. Hava temperatiiriiniin yiikseltilmesi ile, kat1 maddeye ait denge rutubetinin miktarl azabr. Sekil 10-16, ham pamuga ait denge rutubetinin miktannda .tempenitiirle meydana gden degi§meyi gostermektedii'. Temperatiir santigrad derecesi olarak veribui§tir.
4s"
6
10 20 30 40 5·0 60 70 80 90 ,.00 Relatif rut ubet, %
10~16.
Denge rutubet miktanna hava temperatiiriiniin etkisi.
Bagh su·ba§ka §artlar altil)da da var olabilir: y;jzeyinin fazla i~biikey olmasi sebebi ile ~ok ince kapilerler i9erisinde bulunan su, anormal derecede dii§iik buhar basmc1 verir; hiicre i9erisinde veya !if yiizeylerinde bulunan nem, ~oziinmii§ kati maddeye sahip olmas1 sebebi ile, buhar basmCI azalmas1 gi:isterir. Tabi! organik yap1 i9erisindeki su, fiziksel ve kimyas•l bile§im halindedir. Bu maddelerin gosterrni§ oldugu ozellik ve yap1 saglarnhgi, katmm nem miktanna ve ozelliklerine bagh olarak biiyiik degi§iklik gosterir. BagZ. olmayan su, aym temperatiirdeki SIVI suyun buhar basmcma sahiptir.
Serbest rutubet (nem) miktari, denge rutubet miktarmdan fazh olan rutubettir. Denge rutubet miktan, belirli §artlar altmda rr.addenin kurutulabilecegi
568
569
bir sm1r deger oldugu igin, kurutma ile bu degerdeu fazla olan rutubet (rutu· betin tiimii degil) maddeden uzakla~tmlabilir. Ornegin, §ekil 10-15 de 2 numarah egri ile gosteriien yiiniin denge rutubetinin degeri, 25°C derecede bulunan ve %50 relatif rutubet ihtiva eden havw':ile temasa getirilecek olursa, %12,5' dur. Eger herhangi bir yiin numunesi %20 rutubete sahipse, 25°C dmecede bu!unan ve %50 relatif rutubet<: sahip olan hava ile yapdan bir kurutma, %20 rutu]letin hepsini madde-:len uzakla~tiramaz. Sadece 20-12,5 veya %7,5 rutubet maddeden uzakla~tmlabilir; bu miktar, bu ~artlar altmda maddenin serbest rutubetidir.
ao 0,3
mi§tir. Kararla§tinlan miktarda ag1rhk kayb1 iQin, liiznndu zaman okunur ve bu okuma, birbirini takip eden agtrhk degi§meleri igin tekrarlan1r. Katmm yiizeyine yalan noktadaki temperatiir, bir termo-element yardinu ile olgilliir ve kurumaya ait debi egrisini gosteren diyagramda aynca y"r ahr. Kurumaya ait debi egrisi (§ekil 10-17), AB kisn11 gibi sabit debi periyodu ve BD* kismi gibi azalan debi periyodu adlarmda iki kisma aynlabilir. B noktasmdaki serbest rutubet miktarma1, kritik rutubet l!liktan ad1 verilir. Diyagramda gosterilen rutubet miktan, katmm ortalama rutubetidir. Giinkii kurutma operasyonunun herhangi bir anmda lokal rutubetin ger~ek degeri, katmm her noktasmda aym ohnay1p, duruma gore degi§mektedir. AGiklamaSI yap1lan kuruma periyotlan, her hal i~in meydana gelmez. 1stenilen rutubet mil-tan, kritik rutubet miktarmdan fazla ise, sadece sabit debi periyndu meydana gelir. Diger
:::>
70:5 .....
nl
c
60
0,2 Yuzey t mP.er tUrU
0,1
a;
~ "i:'
0..
5oj
.c.
~
>.
40 ~
{l
:::>
0
0
5
10
15
20
25
30
30>
:iii .a
35
~
Serbest rutubet mi klan gr H1 cy'gr kuru kum Sekil 10-17. Tipik bir kurutma debisi e~risi. Havamn i9erisinde tennometre temp. = 76,1 °C, ya$ termometre temp. = 36,0°C.
bulundu~u ~artlar:
kuru
10-22. Kurutma debisi (hm) egrileri. Kati bir maddenin 'hava ile kurutulmasma d!§ ~artlarm etkisini inceleyen ~ah~malardan elde olunan deneysel bilgiler, sabit kurutma §artlan altmda kaliya ait rutubet miktarmm, zamanm bir fonksiyonu oldugunu ortaya koymu§tur. 'Sabit kurutma §artlan hava hiZim, rutubetini, temperatiiriinii ve basmcm1 kapsamaktad•.r. Knrutucuyu terk eden hava §artlari, esasen iQteki ile aymdu. Dllney sonuglarmm ya grafik veya niimerik yoldan tiirevi, kuruma debisini ·verir ve bu, ya s~rbest rutubete vey{l, zamana kar§It olarak, bir grafik kil.g1dma i§lenir. Bunlar igerisinde en gok kullandan•. kuruma yiizeyinin birim alanma isabet eden kuruma debisinin, serbest rutubet miktarma kar§It olarak gosterilmesidir. Sekil 10-171 kuma ait bir egriyi gostermektedir. Kum, alt kismi ve yan yiizeyleri izole edilmi§ bir tepsi igerisine konulmu§ ve sabit rutubette bulunan Isitilnu§ hava, tepsinin yiizeyine iiflen1
N.H. Ceaglske l!lld O.A. Hougen, Trans. Am.lnst. Chem. Engrs., 33:283-312 (1937).
Serbest. rutubet mikdan, Kgr H2.oJKgr kuru kill: I Sekil 10M18.
*
1
Kuruma debisi e~rilerinde azalan debi periyodunun de&i~imi.
Pek !;Ok durumlarda sabit debi periyodundan Once bir kararstz hal periyodu vardu. Bu periyot siiresince katmm igerisindeki ~artlar, katmm kurutucuya girdi&i andaki de&erleri ile sabit debi periyoduna ait olan degerler arasmda de!U!iir. Sekil 10M17 de bu kararstz hal periyodu g0sterilmemi$tir. Kararstz hal periyodu genellikle, sabit debi periyodunun sadece ufak bir par9as1 kadardtr. Kum gibi higroskopik olmayan maddeler takdirinde, o/o 100 rutubete tekabiil eden denge rutubetinin miktan siftrdir. Bunun bir sonucu olarak, Serbest rutubet miktan ve gen;ek rutubet miktan aym ~eydir.
570
571
durumlarda, (ornegin, sabunun kurutulmas• operasyonu) ba§lang:tgtaki rutubet miktan denge rutnbet miktarmdan daha azdu ve kurutma operasyonunun tiimii, azalan debi periyodunda meydana gelir. Sekil 10-17 elde olunabilecek kuruma debisi egtilerinden sadece bir tiptir ve gozenekli olmayan pargaC!kll!rdan meydana gelmi~ tanecik yap1Slnda bir kall maddeye aittir. Sekil 10-18 elde oiunabilecek diger tip kuruma debisi egrilerini giistermektedir. Bu egriler tahta plakalarm havada kurutulmalarma ait olup, hava bu plakalarm her iki yiizeyini de yalayarak gegmektedir. Kurumaya ail debi egrisinin §ekli katmm durumuna, yap1sma vc rutubetin katl 'i~erisinden uzakla§ma mekanizmasma baghd>r.
Ornek 10..1. A~a8tda verilen deneysel bilgiler, tepsiler i~erisindeki kumtu;t ~In Ismmt' su buhan ile kurutulmas1 esnasmda elde olunmu~?turl. Bu deneyde kurumaya ait debi eArisini ~akarm1z.
Tablo 10-1a. Ornek 10-1
i~in
bi!giler
Madde: 80-100 me1 bliyiikliikte Ottawa kumu Tepsi i!rerisinde madde yiiksekligi : 50 mm
Kuru kumun ajjirhgt: 27,125 kgr Tepsi yiizeyinin alam : 0,218 nP Bubar basmct: 3,5 kgr/cm'l ,
Kuruma zamam saat
Tiim rutubet
Kuruma zaman1 saat
Tiim rntubet
kgr
0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
4,51 4,29 4,05 3,84 3,60 3,37 3,12 2,91 2,68 2,47 2,24 2,02 1,79
3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50
1,56 1,39 1,18 0,95 0,78 0,60 0,48 0,36 0,26 0,14 0,07 0,02 0,00
'
kgr
Tablo l0-1b.
1
Wenzel, Ph.D. thesis !n Chemical Engineering, University of Michigan, 1949.
.
Zaman saat
Rutubet kgrfkgr
0,00
0,168 0,158 0,149 0,142 0,133 0,124 0,115 0,107 0,099 0,091 0,083 0,075 0,066 0,058 0,051 0,044 O,Q35
~.25
0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 .1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 3,75 4,00 4,25 4,50 4,75 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50
.
0,0~9
0,023 0,018 0,013 0,010 0,005 0,0025 0,0007 0,0000
..
Kuruma debtst
'
Ortalama Ru!ubet
0,163 0,154 0,146 0,138 0,128 0,120 0,111 0,103 0,095 0,087 0,079 0,070 0,062 0,054 0,048 0,040 0,032 0,026 0,0205 0,0155 0,0115 0,0075 0,0037 0,0016 0,00035
Kuruma debisi kgr/(saat) (m')
5,13 4,40 3,84 4,40 4,21 4,57 3,84 4,21 3,84 4,21 4,02 4;21 4,21 3,11 3,84 4,21 3,11 .3,29 2,19 2,19 0,915 1,09 0,645 0,451 0,183
= "'e-"'O+AO A 49
yukandaki e1it1ikte
= (kuru '"O+A9 = (kuru "'O
A COziim. Kuru maddeyi esas alan rutubet miktan, 1 nolu tablodaki tUm rutubet de8erlerini kuru madde a8~rltgma bOlerek ve 2 .nolu tablonun ikinci kolonundan okunabilir. Kuruma debisi ~~tdak.i ba&mtldan hesaplantr.
Omek 10-1 i~in hesaplamws sonul'lar
madde
+ rutubet)
a~trh~t 0 anmda
madde
+ rutubet)
a~trbft 0 + AO anmda
= Ihaddenin
kuruma yiizeyin~ alaru
Saat 0,00 da maddenin rutubeti 4,57/27,125 veya 0,168 kgrfkgr kuru kum. Ayn 1 sekilde saat 0,25 de rutubet 0,158 kgr/kgr kuru kum ve bu 1/4 saatlik zaman t~ensm · · · de ortaI ama rutubet 0,163 kgr/kgr kuru kumdur.
572 573
tlk 1(.4 s~?ik zaman i!ferisinde rutubet kaybl 4,57 - 4 29 :::::: 0 28 k kuruma yuzeymm atan 1 il b"l 1. • • gr. Bu kayb1 Once e o e Im ve sonra saatteki kayba dOnii~tiirelim.
Kuruma debisi
~ (4) ( 0~;;~) ~ S,l3
q
ha A (ta- ti)
N. = ka A (p, - pG)
kgr/(saat) (m")
Aym ~leme devam edilecek olursa bl !,iekil 10-19 da gOsterilmektedir. . ' ta o 10-lb de gOsterilen sonu!;lar ahmr. Bu
=
(10·1) (10-2)
yukandaki e§itliklerde
sonu~Iar
q
= 1s1 transfer debis~ kgr.kal/saat
hG'~
havadan 1slak yiizeye lSI transfer katsay:tSl; kgr.kal/(saat)(m")("C) A ~ hava alam1 ile temasta olan 1slak yiizeyin alam, m' tG ·~ esas hava kiitlesinin temperatiirii, 'C t, ~ 1slak yiizeyin temperatiirii, "C N. ·= 1slak yiizeyden havaya evaporasyon debisi, mol-kgr/saat kG= 1slak yiizeyden havaya kiitle transfer katsay:ts1, mol-kgr/(saat) (m')(atm) p1 ~ fitzlarm temas yiizeyinde su buharmm kismi basmCl, atm PG ~ esas gaz kiitlesi i9erisinde su buharmm lasml basmCl, atm
6
5
0 0
ol
3
"' • _,/ 0
E
2 ~
;
0
0
0
0
0 0
0
I
rt' 0
qm. qa+
006
ooa 0.10 qtt
~14
o,ts
q.fS
o,to
Rutubet mikdan, KgrHtOjKgr kuru kum Sekil 10-19.
Ornek 10-1 in ~Bziimti.
10-23. Sabit kuruma deb· · ri d . smda I il lSI pe yo u. Sabrt kmuma periyodu esna. ' Java e temasta bulunan kal! taneciklerine ait yiizeyin tamami le lslak
~:rh::~~mb~: l::~:~g~k gene~likl: .hakablul olunur.. Sahip oldugu §artlar. be[uli olan rmm a
u
r a§ma dehlsJ, kal! maddeye tilbi degildir ve
Fazlarm temas yiizeyinde kiitle transferine kar§l koyan bir direncin olmadijp genellikle kabul olunur ve bu sebeple p 1 olarak, yiizey temperatiiriindeki SIVl suyun buhar basmc1 ahn1r. (10-1) ve (10-2) numarah e§itlikler, las1m 8-13 de ya§ termometre ·bajpntJsml g1karmak iQin kullandlglmlz e§itliklerin benzerleridir. Bu sebeple 1slak yiizeyin temperaliirii, havamn i~erisinde bulundugu §artlarda ya§ termomflre temperatiiriidiir. Hakikatte 1slak yiizeye 1s1 transferi, daima kondiiksiyon ve radyasyonla meydana gelir. Bu sebeple ger~ek yiizey temperatiirii, ya§ termometre temperatiiriiniin biraz iizerindedir. 6rnegin, §olkil 10-17 de gozlenen yiizey temperatiirii, sabit debi periyodunun pek fazla bir las- • mmda, havanln ya§ termometre temperatiiriiniin 2'C iizerindedir. Islak yiizeyin birinl alamna ait kuruma debisi, (10-1) ve (10-2) numarah e§itliklerden faydalan1larak a§agidaki §ekilde ifade edilebilfr.
ay·~:. §artlar altmda buluoan SlVl yiizeyinde meydana gelen buharla§ma debisine e§l Jr. Bununla beraber kall yiizeyinin sahip oldug"u pu"ru"zliil' """ 'I birl'kt k t .. · . ugun artmas1 1 e "k' de~ a II ybuilzeyme all buharla§ma debisi SlVl yiizeyine ail olandan daha bu" ~ e5 er a a · ir1. , . Y" . , . . uzkey tlamamlyle lslak kaldlgl siirece kuruma olav,, rutubetin kall madde nm ~~ lSlm armdan yiizey tab k . · • . . a asma en§me mekanizmasma tilbi degudir 0 ~~sy~nh sad~ce, kkatl yiizeyinden hava alam1 i9erisine kiitle transfeii §ekH:;~ up, ava an all maddeye IS! transferi, lslak yiizeye kondiiksi on ve d y~nl~ 1s1 tra;;sferi ihmal olunabilecek §ekilde meydana gelir. AJyabatik r;a;~; a m a mey ana gelen kararh bir operasyon i9in i>l ve kiitl t . f . . e§itlikler a§ag1da verilmi§lir. ' e rans erme ajt '
L. Wenzel and R.R. White, Ind. Eng. Chern., 43:1829-1837 (1951).
dw h(tG-f,) k ( ) A aa = ), = 18 G P• - PG yukandaki e§itlikte
dw/AdfJ ~ birim alana ait kuruma debisi, kgr/(saat)(m0 ) h ~ radyasyon dahil tiim 1s1 transfer katsay:tsl A ~ t, temperatiiriinde suyun buharla§ma gizi ISIS! kgr.kal/kgr Kuruma debisinin hesaplanmasmda (10'3) numaiah e§itligin her 'iki §ekli de kullamlabilir. Bununla beraber, lSI transfer; katsay:tsm, kullanarak kuruma debisinin hesaplanmas1, daha giivenilir bir yo! olarak bulunmn§lur. <;:iinkii fazlann temas yiizeyine ait temperatiiriin t, btuunmasl esnasmda yapliacak bir yanh§hk, itici gii~ olan tG- t, iizerinde p,- PG terimi iizerindckine oranla daha az te· sirli ohir. ·
575
574
10-24. Sabit kuroma debisine tesir eden faktorler • hava tempera., tlirli ve rutubeti.- Sabit kuruma debisi periyodunda, kuruma debisi iizerine ha. va temperatiir ve rutubetinin tesiri, (10-3) numarah e§itlikten hesaplanabilir. Hava hlZinm sabit olmas1 halii:tde hG ve kG bundan etkilenmeyeceklerdir. Bu se· i eple, birinci derecede etkilene!'ek, itici giig olan tG- t, veya P•- PG olacaktlr.
Ornek 10..2. Sabit kurutma ::;artlannda (hava hlZt 6 m/saniye, havanm kuru termometre temperatiirli 71 °C, havanm ya$ termometre temperatiirii 32.2°C) yiirlitiilen bir kurutma de.. nemesi, sabit kuruma debisi periyodunda kuruma debisi i!;in 3,07 kgrf(rn"-) (saat) deAerini veriD.ektedir. Hava htzt ve ya::; termometre temperatfirii aym fakat kuru termometre tempe.. ratUrU 5l,5°C olan hal i9in kuruma debisini hesaplaymtz. Islak yiizeye radyasyon vc kon·
j 8 = 1s1 transferi igin j faktiirii, boyutsuz c., It, k •= gaz faza ait oz~llikler, uygun olan birirnler G = gaz faza ait kiitlesel (yiizeysel) debi, kgr/(m0)(saat) L ·= 1slak yiizeyin nzunlugu, m .p = 'bir fonksiyon
Bir ilk gozfun yolu olarak Reynolds saytst yerine b(LG/v.)• terirni konulur, bu terimde b ve n sabit saytlardrr. Bu durumda (10·4) numarah e§itlik a§a!ttdaki §ekli ahr.
(10-5)
dtlksiyonla tst transferinin ihmal olunabilecek kadar az oldu&u dli$linUlebilir.
Ctizilm. Radyasyon ve kondiiksiyon ile tst transferi ihmal olundu&u i!tin tslak yUze.. yin temperatlirii, havanm y~ termometre temperattiriine ~it, diljer bir deyimle 32,2°C dtr. Bundan bWika. h
= hG dir.
(I 0-3) numarah e!illikten her iki hava temperatilrU icin, dw ha (ta-32,2) A dO;~.,.,,
yazdabilir. Farklt ~artlara sahip havanm birbirine tekabiil eden terimlerini oraniO.yacak olursak, a~ai1daki sonug abntr.
dw) (
( 51,5-32,2) 3/3 1 S3 ( Adw) dO 51.5 - A dO 71 . 71 32, 2 = (3•07)(19• 8•8) = ' Aynt hava aktm htztna kar~thk, hav~mn Y&$ ve kuru termometre temperatiirUlerindc olursa, yukandaki i$lemler uygulanabilir.
n genellikle -0,2 civarmdadrr~. Kurutulacak madde etrafmd~ kurutma orta~ nm ak1m1 igin sadece dar gegitlerin bulunmas1 halinde, bundan daha kiigiik de· · gerlerin de bulunabilecegi bildirilmi§tir1• Havadan ba§ka gazlarla yaptlan kur11tma operasyonlanna ait elde pek az bilgi vardtr ve (C.~t/k'f 13 terimi, lSI trans· ferinin diger hallerinin ·de varhgm1 esas ahnt§tlr. Kurutma ortam1 olarak a§m lSltilini§ su buhannm kullanddt!tt durumlar igin, bai);mtmm iyi sonug verdigi bulunmu§tur1 • Kurutlna ortam1 olarak havann,; kullamlmas1 ve temperatiiriiniin 46,3°C ilil. 149oC limitleri arasmda degi§mesi halinde, (C,v./k) degerindeki de· gi§me sadece 0, 70 ila 0,69 arasmda ve c. degerindeki degi§me ise 90k ufaktir. Bu durumda (10-5) num•1rah e§itlik a§agtdaki §ekilde yaztlabilir".
de~i~meler
ha - 0,0176 G0•8
10-25. Sabit kuruma debisine tesir eden faktorler- hava almn hm. Sa bit kuruma ·debisi periyodunda kuruma h1zma hava htzmdaki degi§melerin tPsiri, he ve kG katsaytlar1 iizerinde kendisini gosterir. Kuruma yiizeyine paralei hava alam1 halinde hG ve kG degerleri, aym §artlarda diiz yiizeyler iizerinde akan havaya ait bagmttlar (laSim 8-8 de kiitle transferi igin verilen bagmtllara balamz) kullamlarak hesaplanabilir. Kati madde yiizeyinin piiriizliiliik durumunda giirillen farklar ve
A.P. Colburn, Trans. Am. lnst. Chern. Engrs., 29: 174 • 210 (1933).
(10-6)
10-26. Sabit kuruma debisi periyodunun sonu. Sabit kuruma debisi periyodunda maddenin kuruma debisi kesinlikle hesaplanabildigi halde, rutubet miktanmn mmrlanm tahmin etmek §U anda imkllnstzdtr. Fakat debi periyodu, madde yiizeyinde evaporasyonun devamm1 saglayacak miktarda suynn, ig Ia. snnlardan yiiZeye iletihnesi devam ettigi miiddetge devam eder. Bu transferin mekanizmasi pekQok §ekillerderi biri olabilir, bunlardan bazdanm lasmen aula· mak miimkiindiir; fakat belirli bir durum i9in bunlardan hangisinin duruma hakim oldugu onceden soy!enemez. Kritik rutubet miktan, kabul olunan trans· fer mekanizmasma bagh olmakstzm, kurutulacak kat1 madde kalmh!ttnm, bu madde iizelliklerinin, havamn sahip oldugu §artlarm '!e kullamlan kurutucu ti· pinin bir fonksiyonu olabilir. Ornegin, §ekil 10-20 kumun tavah (tepsili) bir ku· * C.B. Shepherd, C. Hadlock, and R.C. Brewer, Ind. Eng. Chern., 30 : 388-397 (1938). 1
Wenzel and White, loc. cU. a Shepherd, Hodlock and Brewer, loc. cit.,· Perry, sahife 803.
576
577
rutucnda a~m lSltllllli§ su buhar1 ile kurutulmast esnasmda, madde kahultgmm kritik rutubet miktan iizeriadeki etkisini, sabit kurumu debisinin bir fonksiyonu olarak gostermektedir1 • ·Asbest bamurunun havada kurutulmasma hava rutube-
10-27. Azalan debi periyodu. Azalan debi periyodu, kurutulacak katl;om hem yiizeyinde (§ekil10-17ye balamz) ve hem de igerisinde temperatiir
2
0,12
-E
0,10 ,
... 0,09
::J
-:::J
lil.x
~
t:;,qos
es_ ..... 0 .g -:l Q04 "5'... {2
---!"
....V'"'
v v
~v
-2-
V !--'
temp. 'C 80 70 65 55
~ 1,6 - 0 X ~ -;, ~ 12 • -a
Kaltnlt~
1\i .X
Kuru ' X~~ ~. -~ _ termomet. termometre
:.0
0,8
dl
0
.
.,
6; ~
~/_,; IL"
~
:::1
r~
6
0
$ekil 10-20. Kritik rutubet miktarma kurutulan madde (kumun a~m rsttllmt$ su buhan "ile kurutulmast) kahnlxB:mxn tcsiri.
linin (havamn ya§ termometre temperatiirii sabit, kuru termometre temperatiirii degi§ken) tesiri, §ekil 10-21 de gosterilmektedit". Hava htzmm tesiri ise §ekil 10-22 de gosterilmektedir''.
.
.
0,0 5
Sekil 10-21.
7
Sabit kuruma debisi, KgJ'(hrXrrf"l
y
:~
0
5
~
.......
~
3
-
,;"iS
~
~
Orl:ala~
2
~
~
v. ,/_ .......
E 0,4 :::1
Q,02 1--· 1
v
>~. L
~
"iii
25mm-
temp. 'C 36 36 .Jt / 36
0,10
0,15
0,20
serbest su mikdan,
Kuruma debisine rutubctin tesiri.
yukselmesi ·ile karakterize edilir. · Bundan ba§ka hava h1zmdaki del\i§meler, sabit debi periyodundakinden (hi9 olmazsa azalan dBbi periyodunun sonunda, §ekil 10-22 ye balamz) daha az tesirlidir. Azalan debi periyodu10da debi egrisi, §ekil 10-17 deki C noktast gibi, QOgunlukla bir siireksizlik gosterir. Sureksizlik noktas1 her zaman meydana gelmez
I I I
.Buharla§ma debisini hesaplamak igin geli§tirilmi§ moiltodlar, havamn kuru" tulacak madde igerisinden gegtigi (iQerisintlen tlola~1ml• kurutma) durumlara dogrudan dogruya uygulanamazlar. Bu tip kurutmada sabit debi periyodu havamn debisine, temperattiriine, rutubetine, kurutula-;,ak maddenin tanecik biiyiikliigiine, §ekline ve taneciklerin yapth§ma baghd•r'·'.
ltl.ava h IZI
~
Ha~a 1 h1J1
119
111
m/mi~.
I I I
v
ll:ia'va 'hrzr 192
I
I
m min
I
"
h/Mi~
I \
I I 0 0 2 !., 6 8 10 12 14 16 18 20 222426 29
1
Wenzel and Whitt}, foe. cit. z Me Cready mid Me Cabe, toe. cit. 3 Shepherd, Hadlock, and Brewer, loc. _cit. 4 Petry, sahife 805. 5 W.R. Marshall and O.A. Hougen. Truns. Am. Jnst. Chern. Engrs., 38: 91-121 (1942).
Rutubet mikdarl %, kuru madde uzerinden Sekil 10-22. Kuruma debisine hava htztnm tell;iri. t.
Catal~
-
Kimya
MUhendisli~ine Giri~
F. 37
579
578 (§ekil 10-18 e bakm1z); fakat kurutulacak rnaddeye ve kurutrna §artlarma baghdiro Siireksizlik noktasmm rneydana gelrnesi halinde, pebi egrisinin kritik rutubet rniktarmdan siireksizlik noktasma kadar olan k1srnma, §ekil 10-17 de BC gibi, ilk azalan debi periy01iu; debi egrisinin geriye kalan lasmma, §ekil 10-17 de CD gibi, ikinci azalan debi periyodu ad1 veriliro ilk azalan debi periyodu, kuruma devresinde madde yiizeyinin artik tamarniyle Islak olrnadigi bir durumu temsil eder; 1slak yiizey alani, devarnh olarak azahr ve nihayet rnadde yiizeyi tamamiyle kuruyunca son buluro Evaporasyon debisi, havayla l'?masa gelen rnaddenin tiim yiizeyi e>as ahnarak hesaplandig, i~in, 1slak yiizeyin alam azald1k~a hesaplanan de hi de azalacaktir o Birinci ve ikinci azalan debi periyotl&n arasmda kesin bir siireksizligin olmad1g, hallerde, lasrnen Islak olan yiizeyin yava§ yava§ tamarnen kurll hale donii§mesi rneyda9a gelir ve bu sebeple ani bir degi§rne goJiilemezo Yiizey tamamiyleo kuru bir hal ahnca ikinci a.zalan debi periyodu ba§laro Kurunia ilerledik~e evaporasyon yiizeyden gekilerek maddenin i~ kiSimlarma dogru ilerlero Evaporasyon i~in gerekli ISI, havadan kat1 rnaddenin kuru yiizeyine ve buradan da, kati maddeyi ge~erek evapora'o/on biilgesine transfer oluro Su kati madde i~erisinde buharla§Ir, buharlar kati rnaddeyi geQerek yiizeye gelir ve hava akimma kan§Iro Azalan deni periyodunda uzakla§tmlan rutubetin rniktan (kgr rutubetfkgr rutubetsiz kati olarak belirlenen) az olmakla beraber, bu periyod i~in gerekli zaman Qogunlukla oldukQa uzunduro Bunun bir sonucu olarak azalan debi periyodu, kururna zarnam iizerinde (ve bundan dolaYI kurutucunun boyutlarmda) Ql '1:1 '1:1 I'll
E
....
g1'
25 20 1:1,
A
15 10
\, \
~~OS
::.:::
0
0
10·28. Bllziilmenin teslri. · Kuruma debisini lontrol eden iinemli bir faktiir; rutubet rniktarmm azalmasi ile birlikte katmm biiziilmesidiro Bu ozellik yiiniinden maddeler onemli derecede farklilik giisteriro Sert, gozenekli veya gozeneksiz kati!ar, kuruma esnasinda onemli derecade biiziilme giistermezlero Bun a· kar§ilik kolloidal ve lifli rnaddeler, rutubet uzakla§tik~a onemli derecede biiziiliirler Biiziilme iiQ furkh tesire sahiptiro Bunlardan birincisi, rnaddenin hirim agnhi!Jnm yiizeyini degi§lirrnesidir ki, pek Qok durumlarda heniiz bilinememektediro Bu husus s'ebze ve bcsin maddeleri gibi mr.ddtler iQin ozellikle dogruduro <;:iinkii biiziihne, hava ile temasa gelen madde yiizeyinin alamm onemli derecede degi§liriro 0
1kinci ve daha onemli olan tesir yiizeyde, rutubetin buhar veya SIVI olarak geQi§ini engelleyen, sert b1r kabuk tabakasmm te§ekkiil etmesidir. Bu, katin1n iQ lasimlarmdan evaporasyonun meydana geldigi yiUeye veya stmr biilgesine rutubetin kolayhkla geQemiyecegi dernektiro Kabuk te§ekkiilii, kurumay1 biiyiik ii!Qiide yav,a§latno Kabuk ozellikle, kil ve sabun gibi rnaddelerin knrutulmalari esnasmda meydana geliro Biiziilmenin iiQiincii tesiri maddenin Qarpilmasma veya yanlmasma veya bunlar olmad1g, takdirde, tilm madde yapiSimn degi'lrnesine sebep oluro Bu ~o gunlukla odunun kurutnlmasi e~nasmda rneydana gelir
:::>
0-~,_ o!!l~ ~ "0.:::
i:inemli bir tesireosahiptiro Bu sebeple, zaman giiz oniine almarak glzilen kururna debisi egrileri, daha fayda!Idiro <;:iinkii her periyodun siiresini gosteriro $ekil 1G-231 kuruma debisim, hem rutubet rniktanmn ve hem de zamamn bit fonkslyonu olarak giistererek, yukat'lda aQtklanan kor,uyu giiz iiniine sermektiro Zaman goz oniine a!Inacak olursa, sabit debi periyodunun AB yakla§Ik olarak 1,2 saat siirdiigii ve rutubet rniktarmm %430 dan %140 a dii§tiigii; diger taraftan azalan debi periyodunun BC 1,2 saatten yakla~1k olarak 4,3 saate kadar silrdiigii ve rutubet miktarmm da %140 dan %10 a dU§tiigii gi:iriiliir
...... .... 1
I
c
2 3 4 5 Zaman saat
6
1/c
0 100 200300 00 500600 Yi.izd e r.utu bet (kuru mad de i.izerinden)
Sekil 10~23. Kuruma debisi ej1:rilerinin gizi.minde zamamn Onemi : AB, sabit debi periyodu; BC, azalan debi periyodu.
<;:arp1lma veya yarilma veya sert bir yiizey tabakas1 meydana getirmeye elveri§li olan maddeler, rutubetli hava ile kurutnlurlaro Bu durumda hava ile kati maddenin yiizeyi arasmdaki rutubet farla,. kurumay:t yava§latmak rnaksadi ile, azalti!mi§ oluro Bu, iQten di§a dogru olan rutubet farkmm da!Ia az olmasmi miirakiin lalarak, biiziilmenin tesirini azalllro Ornegiao kereste knrutucularmda hava iizellikle nemlendirilir ve boylece kurumamn ilk kademelerinde, madde ile hava arasmda Qok yiiksek l)ir temperatiir farla veya QOk yiiksek bir r.utubet farki meydana gelmesi iinlenmi§ oluro Boylelikle kuruma debisi;o maddenin yeterli bir boyutsal saglamhga eri§ebilecegi bir degere dii§iiriilmii§ oluro • WoRo Marshall; Heating, Piping and Air Conditioning, 15 (II) : 567- 572 (1943)o
581
580
10-29. KararsJZ ( degi§ken) knrutma. §Brllan. KlSlm 10-22 de kuru- . rna de):iisi egrilerinin elde olunmalan a<;lldamrken, bunlann sabit kurutma §artlarmd~ elde olunduklan belirtilmi§tir. Sabit kurutma §artlan denilince hava hi· zmm, temperatiiriiniin, rutubetinin sabit oldugu demek istenilir. Kurutucuyu terk eden havamn i<;erisinde ·bulundugu §artlar, esasen i<;eridekinin aymdu. Bu duruma kar§Ihk §ekil 10-24 deki durumu inceleyelim. Tiinel kurutuctida kurutu· lan bir be sin maddesinde, kurumamp izledigi yolu gostermektedir. Kurutulacak madde kurutucu i<;erisinde soldan saga dogru ilerlemekte; hava ise Zit. yonde olmak iizere, sagdan sola dogru akmaktad1r. Ya§, madde kurutucuya ilk girdigi zaman, <;abuk<;a ya§ termometre temperatiiriine eri§ir ve sabit Y~§ termometre temperatiiriiniin her zaman kar§Iia§llan periyodunu izler. Havanm sahip oldugu §artlann (ozellikle kuru termometre temperatiiriiniin) <;ok <;abuk degi§mesi sebebi ile, bu bir sabit kuruma debisi periyodu degildir. Katmm yiizeyi daima 1slak oldugu i<;in, sabit debi periyoduna benzer. Yiizey Islakligmi kaybettigi an·
Hava l:emperatGri.i
~--1
Katr madde temperati.iru
t--------TGneUn uzunlugu - - - - - - * ! · $ekil 10-24. TUne! kurutucuda temperatiirUn izlediAi yo!.
da §artlar, tipik azalan debi periyodunda oldugu gibi. dF.l';i§ir. Madde temper.a· tiirii yiikselmeye ba§lar ve kurutucuyu terketmeden cnce, hemen hemen giren hava temperatiiriine yiikselebilir. Bu sonu<;lar bir seri degi§melerd<.n olu§ur ve . bunlar1, sabit kurutma §artlan altmda kurumada oldngu gib~ a<;Iklamak miimkiin degildir. Hava ve kurutulacak m'adde arasmdaki temperatiir ve rutubet farklanmn degi§imini gozoniine alan, <;ok sa)'lda ve birbirinden farkl1 kuruma debisi egrilerinin kullamlmas1 gereklidir. Bu gibi durumlarda kurutucu proje· sinin matematik bir analizinin yapllmas1 hemen hemen siiz konusti degildir, <;iin· kii <;ok say1da kuruma debisi egrilerine ihliyaQ vardu. Endiistride kullamlan kurutucularda· kar§Ila§Ilan §artlar altmda, bir kuruma denemesinin ynpilmasi cok
daha basittir. Bundan ba§ka §ekil 10-24, ideal bir §ekle sokulmu§ egridir ve kurutucudan Qevreye herhangi bir §ekilde ISI kayb1 oJmqd11/;1 durumu gosterir.
10-30. Kurutucu hesaplamalan. istedigimiz bir kurutma operasyonunu yapabilecek bir kurutucunun biiyiikliigiinii hesaplamak i<;in ba§vuracagimiZ yegline metod, kurutucu tiplerinin hemen hemen pek <;ogu i<;in, istenilen tipte bir model kurutucu kurmak ve bununla test <;ah§mabn yapmaktan Jbarettir. Kompartlman kurutucu (kls1m 10-3) takdirinde bava temperatiiriiniin, hava h1zmm, kurutucu di§Ina Qikanlacak hava oramnm ve diger faktiirlerin neler olacai/;I sadece ekonomik bir denge kurulmasi ile bulunabilir1 . Bu §ekildeki bir dengenin hesaplanmasi <;ok sa)'lda deneysel bilgilere ihtiya<; giistermektedir ve bu ':i§lemler kitabrm1zm j
O.A. Hougen, Ind. Eng. Chern., 26: 331-339 (1934).
582
583
·uamanda, rutubet miktarmm degi~imi ve arada s1rada meydana ·gekn a§m yiiklemeler i9in, fazladan bir kapasite temin eder. Bunun Lir sonucu olarak kurutucunun bu son lasm1nda madde temperatiirii, . ya~ termometre temperatiiriiniin iistiine 91kar ve havanm giri~ temperatiiriine yakla§Jr. ' Hava temperatiiriiniin izlemi~ oldugu yolu giiziiniine alahm. Hava kurutucuya yeteri kadar yiiksek temperatiirde girer ve biiylelikle· fazla miklarda hava kullamlmakslzm istenilen kqruma debisi temin olunur. Pek 90k durumlarda bu temperatiir, elde mevcut !Sltma ortam1 tarafmdan Slmrlamr. Driiniin kurutucuyu terk ettigi klSlmda, katJyJ 9ila§ temperatiiriine kadar !Sltabilmek i9in (lSI kaybetmesi sebebi ile) hava sogur. Kurutucunun bundan sonraki kismmda, suyu buharla§tlrmak i9in lSI verilmesinin gerekliligi sebebi ile; hava daha da sogur. Son olarak hava kurutulacak maddenin kurutucuya girdigi lasma gelir ve buradaki maddey~ bulundugu ilk temperatiirden ya§ termometre temperatiiriine kadar !Slhr. Bir talam iizel iin kabuller yaprldigl takdirde, tiinelin uzunlugu boyunca hem havanm ve hem de kurutulacak maddenin temperatiir degi§imi, hemen hemen ~ekil 10-25 te giisterildigi gibi olur.
1.
lsitiCida
2.
Kurutulacak maddeye sadece havadan
lSI
kayb1 yoktur.
Kuru madcle
3.
Mevcut olan rutubetin hepsi serbest rutubcttir (bagll rutubet degil). Ba~langr~taki lSltma periyodunda, rutubet buharla~mas1 olmamaktadtr.
5. istenilen miktarda su uzakla~tmlmcaya kadar kuruma, sabit yru;; termometre tern~ peratiirii~de meydana gelmektedir. Burada gOzOniine ahndt8t gibi, Ozel maddeler i!(in bu, su~ yun prahk olarak tamamen uzakla~tmlmast demektir. 6. Kurutucudaki son periyod sadece iiriinii !;:Ikr~ temperatiiriine kadar ve herhangi bir :<;;ekilde kuru'tma yapmaz.
DOner b~r kurutucuda temperatiir de8:i!1imi.
A91klamas1 yapilan metodun uygulanabilmesi i9in, 90k sayJda ~artlarm yerine getirilmesi gerekinektedir. Bu, bir taraftan hesaplamalarm faydalamhna alamm biiyiik miktarda Slmrlarken, diger taraftan pratikte kar~ila~ilon ·her tiirlii maddenin kurutulmas1m kapsamma ahnamaktad1r. Yukanda ad1 ge9en ~artlar, tamamiyle degilse bile, kum, kmlm1~ ta~, tuz vs. gibi giizenekli ohn1yan taneJ)ik yap1h kalllarm k'urutulmalanm temin eden ~artlarla aymd1r. Liizumlu §artlar a~ag1da srralanm1~tJr.
151 tmaya
yarar
Bu iin kabuller esas &hnarak, diiner kurutuculann boyut hesaplan ve Gah§malan i~in birka~ teorinin kurulmasi miimkiindiir. 10-32. Doner kurutucular i!,lin hesaplamalar. Teori. KISlm 10-31 de U91klanan §artlara sahip diiner bir kurutucuyu goz iiniine alahm. Temperatiir degi§imleri §ekil 10-25 dekiniu benzeri olsun. Bu a91klamalar i9in kurutucunun,
DOner bir kurutucunun
1st
ve kiitlc bilan!(olan.
1
TUnelin uzunlugu $ekil 10-25.
transferi yapllmakta, kurutucu ylizeyinden
4.
$ekil 10-26.
-
ISl
kondiiksiyonla tst transferi olmamaktadtr.
ii9 boliimdeu meydana gdmi~ oldugunu kabul edelim ve buular, iiriiniin a§m ISlnma bolgesi, buharla§ma biilgesi ve besleme ahmmm iin ISltma biilgesi olsunlar. Bu bO!gelerin herhangi birisi i9in mevcut olau §artlar §ekil 10-26 da di· yagramatik olarak giisterilmektedir. Bu §ekilde,
= kgr kuru hava/(saat) (kurutucunun kesit alam m0 ) Gs' = kgr kuru kat1j(saat) (kurutucunun kesit alam, :n•) s = hava aknumm rutubetli (nemli) ISIS!
GG'
C. = maddenin lSI kapasitesi, kgr.\mlj(kgr kuru katl)(oC) tc = hava akimimn temperatiirii t = kat! ahmmm temperatiirii S = kurutucunun kesit alam, m12 qG = hava ak1mmdan kaliya transfer alan duyulur lSI z = kurutucu boyunca alman bir uzunluk U = tiim lSI transfer katsaylsl, kgr.kalj(rn2 kat! yiizeyi)(°C)(hr) a= hava ile temasa gelen kat1 pargaCJklanmn yiizeyi, ni2/(m' kurutucu hacmi)
584
585
Kurutucunun ufak bir lasmtm dz giiz iiniine alarak b:r ·ISl dengesi yazahm.
dq 0
=-
Ga'Ssdla = - Gs'SCsdl
(10·7)
ve gene! tst transferi e§itliginden
dq0
yukartdaki e§itlikte
= UaS(Ia- I) dz
(10-8)
- Ga'Ssdla
=
UaS(Iu-l)d:z
Bubarla§manm meydana geldigi bolgede kat! maddenin temperatfuii t, havamn ya§ termometre temperatiiriinde sabit kahr. t sabit ve tw ya e§it pldugu i~in, (10-10) numaralt e§itligin sol tarafl a§agtdaki §ekilde entegre edilebilir,
=
(101 - I)- (1 02 - 1,) In [(Ia, I,) I (Ia, I,)]
{10·15)
(10-14) numarah e§itlik, (10-10) numarah e§itligin so!.tarafmm entegralidir, bu
Uaz Go's -
10-SS. Transfer iinitelerl (birlmlerl). Devamh beslemP ile gah§an kurutucular takdirinde, transfer iiniteleri kavramt ve lii~umlu transfer iinitelerinin
(10·12)
deki. bir entegra~ operasyonun (bir sogutma kulesi igin) giigliigii hususunda bir olgiidiir. (10-10) ve (10-14) numarah e§itliklerin incelenmesi benzer entegralin, agtklamasmt yapttgtmtz hal igin de var oldugunu giistermektedir. Bunun bir so• nucu olarak,
t nin sabit olmadtW. kurutucu kiSl.mlart i~in {10-7) numarah e§itlik gegerlidir. s ve C, nin sabit oldugu kabul edilecek olursa (10-7) numarah e~;tlik dt igin ~Bziilebilir. · Ga's Gs'Cs dla
=
bdla
f
dH H,-H tipin-
saytst, kolayhkla kullamlabilir. KtS!m 9-14 de agtkland1gt gibi
=
(10·13)
yukandaki e§itlikte b bir sabitlir. Fakat t, tc nin lineer bir fonksiyonu oldugu igin dt/dtG = b dir. Boyle oldugu takdirde (10-11) n.tmarah e§itlik bu hal igin entegre edilebilir.
dla
(IGI
}t02 Ia
yukartdaki ~§itlik sadece katlmn sabit temperatiirde hulundugu ktsmt kapsar.
=
(10·16)
metre temperatiiriinden gtkt§ temperatiiriine kadar tsttt!dtW., tstttct boliimii igin kullamhr. C:iinkii bu boliimlerde t sabit degildir. Kurutucunun her bir boliimii igin tc1 , tGJ vs. nin uygun olan degerleri kullamlmahJrr. (10-12) Vd (10-16) numarah e§itlikleri kullanarak, her bir kurutucu boliimii i~in hesaplanan uzunluklarm toplamt, bize istenilen bir kurutucunun tiim uzunlugunu verir.
NTU
-' ul
lot- Ia, (Ia- l)n
(10·11) (10·10) ve (10-11) numarah e§itliklerden
In (lot~ 1. ) 1G2-1.
(10·14)
(10-16) numarah e§itlik hem on ISltma boliimii ve hem de, maddenin ya§ !erma-
(10·10)
=
(Ia- l)m
(10·9)
Ua degeri sabit ve s degeri de hemen hemen sabit kabul edilecek olursa
Uu_z
lot- Ia, (Ia - l)n
=
sebeple
(10.7) ve (10-8) numarah e§itlikler birle§tirilecek olursa
Go s
{ta, ~ } ta 2 Ia- I
(10-17)
I
yukartdaki e§iilik, tst transferi igin liizumlu transfer iinitelerinin saytsmt verir. (10-17) numarah e§itligi (10-l2) veya (10-16) numarah e§itlikle birle§tirecek olursak, NTU
= -
Uaz
, 0G s
ve
z
~
Ga's
NTU ....,.ua
(10-18)
(10-18) numarah e§itlik, segilen gah§ma §artlan, transfer iinitelerinin saytst ve kurutucunun bir boliimii i~in liizumlu uzunluk arasmda bir bagmtt kurar.
587
586 Omek 10-3. Zit aktm uygulayan dOner bir kurutucu 25.000 kgr/saat hk bir debi ile, agtrllk yiizdesi olarak ve Ya$ madde iizerinden % 5 oramnda rutubet ihtiva eden tuzla beslenmekte (40-100 me~) ve tuz rutubetinin o/o 0,1 e (yine ag1rhk ylizdesi ve ya~ madde iizerinden) dli~iiriilmesi istenilmekte~ir. Rutubetli tuz kurutucuya 26,7°C da girmektedir. Kurutmada kullamlacak havamn kuru termometre temperatlirii 26,7°C ve y~~ termometre temperati.lrii ise I6,7°C olup, kanath borulara sahip bir ISltlct ile ve, 10,5 kgr/cm2 bastn!tta buhinan su buhan kullamlarak 149°C a tstttlmakta ve 149°C da kurutucu i~erisinden gecirilmektedir. .Tuzun Ozgijl Istst 0,21 dir. Liizumlu kurutuCunun uzunlugunu ve c~p1m hesaplaymtz.
(:oziim. COziime
ba~lang1g
= 25.000-1.250 = 23.750
kgrfsaat
6+
x = 0,001 23 •75 DriinUn tiimU = 23.750 + 24 = 23.774 kgr/saat
Driintin su miktan
Evaporasyon
= 1.250- 24 = 1.226
x ::::: 24 kgr /saat
kgrfsaat
Kuru termometre temperati.irii 26, 7°C ve ya$ termometre tempcratiifii 16, 7°C olan havamn rutubeti (~ekil 8-3 den) yakla$Ik olarak 0,0075 kgr H 2 0fkgr kuru hava dxr. Havamn 149°C a tsthlmast ile bu ru~ubet miktan degi:c,;mez. Tuz kristalleri iizerinde bulunan rutubet doymu~ ~Ozelti $eklinde oldu&undan, bu havanm ya~ termometre temperatiirii igin stvt halinde bulunan su yerine, doymu$ gOzelti esas altmr. Doymu$ tuz !;Ozeltisine ait ya$ termometre temperatiirii, ya$ termometre ~itli8inin 1 de&i$tirilmi$ bir $ekli yardtmt ile hesaplanabilir. Bununla beraber, sodyum kloriir takdirinde en Onemli tesir, suyun kxsmi basmcmm azalmastdtr ve kurutucu igm_ tatminkfir olan yakla$tk bir de&er ~Oyle hesaplanabilir. Once suya ait ya$ termometre tempera~iirii hesaplamr ve buna doymu$ sodyum kloriir ~Ozeltisinin kaynama temperatiirii yiikselmesi ilfive olunur. Giren hava igin ya$ termometre temperatiirii (stvt su ile temasa geldi&i zaman), (8-29) numarah C$itlikten deneme-yamlma metodu yardtmt ile hesaplanabilir.
Ilk deneme. Ya$ termometre temperatiiri.intin 43,6°C oldu&unu kabul edelim. ltr./29 kGP = 0,26 , IG = 149°C ve W G = 0,0075 degerlerini kullanarak ~agxdaki degerler bulunur. lw
= 43,6
ww = 0,0594 Ww- WG
1>
= hG (IG- lw)/29
kGP
Aw
! 10
:::::;:
ww =
42,4°C olsun. 0,0558
W 10 -
W 0 = 0,0483
Bn sebeple, tw
= 42,4°C dtr.
Aw .1. "I'
= 573,79 = (.0.:._,2_..c6):..C(C--10_6.:._,6.:._) -
573,79
= 0,0483
Doymu~ sodyum kloriir gOzeltisinin total basmcx altmda (bu bas'm!;ta su 42,4 °C da kaynamaktadir.) kaynama temperatiirii yiikseli$i yakla$tk olarak 6,7°C dtr*.
Doymu$ bir sodyum kloriir gOzeltisi ve havamn giri$ $artlan i9in, ya$ termometre temperatiirii 49°C dtr.
ve temel : 1 saat
Besleme aktmmm su miktan = (25.000) (0,05) = 1.250 kgrfsaat Kuru tuz
lkinci deneme.
Aw = 572,74
= 0,0519
diyelim.
"' = (0,26) (105,4) 572,74
Ismm tiimii, do&rudan do&ruya havadan kurutulacak katxya (Onemsenmeyecek miktarda radyasyon ve kondiiksiyon kurutucu duvarlanndan katt maddeye olmak lizere) transfer olursa, kurutulacak !fiaddenin temperatiirii 49°C olacaktlr. Ciinkii kristallerin yilzeyinde, rutubetin var oldugu ve kurumanm sabit ya$ termometre tempemtiiriinde meydana geldigi Onceden kabul olunmu~tu. Bununla beraber, biitiin bu tahminlere yer vererek ve y:!terli kapasiteyi gliven altm~ alarak, tuzun kurutucuYu 93°C da terk etti&i kabul edilebilecektir** Kurutucuyu terk eden havanm temperatiirii, yak1t ye kurutucu giderleri arasmda kuruIan ekonomik bir dengeyi esas alarak segilmelidir. Deneysel ~ah!?malar sonucunda, dOner bir kurutucunun ekonomik i$letilmesi hususu, transfer iinitelerinin tiim saytstnm 1,5 na 2 arasmda olmast ile mtimkiin olabileCe&i bulunmu$tur***. (10-11) ve (10-17) numarah e$itlikleri birle$tirecek olursak,
NTU= In
yukandaki sonu9tan g6riildii8;ii gibi tw gok yiiksektir. G.C. Williams and R.O. Schmitt, Ind. Eng. Clzem., 38: 967- 974 (1946).
Gt - t '"' ) t'
yukandaki bafhntt sadece yakla$tk bir ·ha&mtldir. Ciinkii havadan kattya transfer olan ISlmn tiimtini.in, sabit katt temperattirii olan 49°C da ve suyun buharlru;;mast esnasmda meydana geldi8;ini kabul eder ve tuzun ilk temperatiiriinden 49°C a kadar tsritlmasmt dikkate almaz. Aynca iiriiniin 49°C dan 93°C a kadar tstblmasma da yer verilmez. Bununla heraher, sa bit kah temperatiirii bOlgesi igin 1,5 transfer, tinitesine ihtiyag olaca81 kabul edilirse, a~a8tdaki ba8mh yaztlabilir. IGl-
In ( t
bu bagmtt,
* = 0,0479
t
( tG2
**
...
tG2 i~in
G2
tw) = 1,5
1w
t;6ztilebilir ve bunun 71 °C oldu&u bulunur.
W.L. Badger and E.M. Baker, «
588 Buna kar$thk Friedman ve MarshalP 38 yerine 57 nin sabit olarak kullantlmasmt ilcri silrmektedirlcr.
Enerji bilanrosu Oriinii ~do~ temperatiirline kadar tSJtmak i~in IUzumlu tst =
+ (24) (I) (93- 26,7) =
(23.750) (0,21) (93 -26,7)
Rutubeti
uzak.la~ttrmak
i\fin gerek1i
(1.226) [ (49- 26,7)
=
GG = 61.630 = 4.700
+ 569,9 + 0,45 (71 -
+ 738.050 =
q, •= 332.590
ISJ
Tuz kurutuculanndan clde olunan tecriibelere dayantlarak Ua mn bilyiik deA;er olmas1 ve bu seheple (10-19) numarah e1itlikte sabit olarak 51 nin kullanumas1 daha do~rudur.
332.590 kgr.kal/saat
49)]
U,1.
= (1.226) (602) = 738.050 kgr.kalfsaat Ua
1.070.640 kgr.kalfsaat
Liizumlu hava
=
(57) (4.700)0 •18 4,1
= 53,6
DOner kurutucu boyutlanmn SC¥imi hususunda deji$ik bir i$lem teklif olunmaktadtrU.
Giren havanm neiilli (rutuhetli)
ISIS!
= 0,24 + 0,45 (0,0075) = 0,243
Kumtucu Hacminin Hesaplanmas1
Nemli tsmm ortalama deAeri olarak 0,250 yi kullanahm.
qp
GG' S (0,25) (149 -71) = 1.070.640
w. =
q,. -= Uriinli yq termometrc temperatilrlinden ~Jkt$ tcmperatiiriine kadar tsttmak 1~JJ1 Rerekli
+ 0,0075 = 0,0298
+ (0,45) (0,0298) = 0,243 + 0,253
•• = 0,240
lSI
q 11 ·=
0,253 (yeterli bir kontrol)
Doymllj havamn 71 °C daki rutubeti 0,299 kgr su/kgr kuru hava (Perry, sahife 764). havarim yij.zde rutubeti,
% 10
de~i1imi =
s=
61.630 4.700
61.630
~r/saat
(
·~~g;O~~O)
(149 -71) = IO,I4°C .:::: I0°C
JSitma periyodunun sonunda hava temperatiirii
= 71 + 10 =
81 °C
Orta!ama temperatUr farkl = 38,4 :::::: 38°C
Is1tma periyodu q,
= (23.750) (0,21) (93 -49) + (24) (I) (93 -49) = 219.450 + 1.056 = 220,506:::::: 220.500 kgrfsaat
. ..: .. .. _d e 5,.1$ctnll . . H ava tempera~nun
54.890] = 60.000 [ 1 + (0,0298) 60 _ = 000
rrf'
Hava: temperattirtinlin
&
ucunda,
GG S
= 13,1
= 111.220 + 27.875 = 139.095:::: 139.100 kgr.kalfsaat
C•kan
Kurutucu rap1. Kurutucunun ~apt 60.000 kgr kuru hava/saat debisini veya tst kaybt~ m gOzOniine alarak, yukanda hesaplanandan '% 9 fazlasmt ~zti:me esas abr. Onemli bir toz stiriik.leme olayma imkan vermeyecek, en yiiksek hava htzt se9ilmelidir. Bu konu ile ilgili yaymlar olduk~a azdrr1,Ytizeyi esas alan klitlesel h1z yakl"'<1k olarak 4.700 kgrf(saat)(m") kabul olunur. · ~tki$
termometre tempe'fatUrlindc suyu buharla.,tum.ak i~in gerekli tst
q•= (23.750) (0,21)(49 -26,7) + (1.250)·(1)(49 -26,7) •
(0,0298) (100) (0,299)
Kurutucupun hava
fa!$
On wtma periyodu
0,248
2
olan katt maddcyi giri!J temperatiirilnden YB$ termometre, t.emperatiirline kadar tstt-
mak i!rin gerekli tst
GG' S = 54.887 :::: 54.890 kgr kuru havafsaat
1.226 54.890
= yru;
IS!tma periyodunun
= .(
~laog~cmda
220.500 ) (14";;~- 71) l.0?0. 640
= 16oc
hava temperallirti = (149 -16) = 133°C
Ortalama tcmperatiir farkt = 70°C
Kurutucu !f8Pl .- 4,1 m
Evaporasyon periyodu
Tilm zsz transfer katsayw. Ua dejierinin hesaplanmast i~in, ·perry (sahife 831) a.,aitdaki e~itli&i teklif etmektedir.
Ua
= 38
Gc'·"/D
1 S.J. Friedman and W.R. Marshall, Chem. Eng. Prog., 44: 573 - 578 (1949).
(10-19)
qt
= q11 + q• + qv
bajmtistndan
q• = 1.070.640- (139.100 1
•
+ 220.500) =
711.040 kgr.kalfsaat
Loc. cit. W.C. Saeman aod T.R. Mit<:hell, Chern. Eng. Progr., 50: 4H- 415 (1954).
591
590 81-49
=32°C
133-49
Ortalama femperatlir farkl =
= 83°C
83-32 0 :::::: 'i'4 C 83 2,303log 32
U a de&erinin, kurutucunun biitiinii i9in sabit oldu~unu kabul edecek olursak, ru;a~tdaki bagmhdan kurutucunun biitiinii i~in, · ortalama temperatiir farkt hesaplanabilir1•
(A!)m = =
( ::)
(A;.)+ (;: ) (A!.)+ (:: ) (1t.)
139.100 ) ( 1 ) ( !.070.640 3B
+
( ·710.700 ') ( 1 ) !.070.640 54
+
(
220.500 ) 1.070.640
(_!...) 7U
= 0,00342 + 0,0123 + 0,00294 = 0,01866
(AI)m = 53,6°C U a (At lm S Z
1,.;,
= 1.070.640 - -
1.070.640_- 311 m = 31 m ' -
z- (53,6)(13,1) (53,6). Uztinluk olarak 31 m alacak olursak
L D:::::: 7,5
bulunur.
Bu sonuc;, Perry (sahife 831) nin bu tipteki bir kurutucuda L/D oraD.mm 4 ilfi 10 arasmda bulunmast IAztm geldi&i !;>Cklindeki ifadesini dogruta·maktadtr. Xurutucuya ait transfer linitelerinin tiim saytsl (71- 26,7)- (81- 49)
38
(NTU)p =
133-49] = In (2,62) 49
(NTU). = In [ 81
(NTU),
=
{Nl;U)tilm
(133 - 49)- (149- 93) 70
12,3- 0 324 38 -
'
=0,966 0,400
= 1,690
yukandaki sonrl9 1,5
na
2,0 arasmda oldugu i~in, tatmink8.rdrr.
10-34. Maddenin, ISiblan bir. yiizey yoln lle ISitildig. lmrntncnlar. kadar ag1klamalanm yaptigtimz kurutucnlarm pek gogunda, kurutnlacak maddenin kurutuhuasi igin gerekJi lSI yalmzca hava akimi tarafmdan temin edilmektedir. Hava akimi hem maddeyi ISitir ve hem de te~ekkiil eden su buhanm ta§Ir. Bir kisim kurutucnlarda durum boyle degildir. lsi,· kurutnlacak maddeye metal bir I~Itma yiizeyi yolu ile transfer olur. Te§ekkiil eden su buhar1 kendiliginden kurutucu di§Ina g1kar. Bununla beraber, kurutucudan rutubeti ~imdiye
I
Perry, sahife 831.
uzakla§tlrmak igin belirli tipte kondensor ve vakum pompalaFmdan da fayda• lamhr. Vakum altmda gah§an rafh ku.rutucular (kiSim 10-4), kan§tlflCih. devarnsiz gali§an kurutucular (kiSirn 10-13) ve .vakum altmda veya !!.trnosfer basmcmda gah§an silindirli kqrutucular (10-15 ve 10-16) bu tipin. orneklerini te§kil ederler. KISlm 10-11 de agildamasi yap1lan tipteki silindirli kurutucular da bu gruba girerler, fakat bunlarda rutubet konveksiyon akimlan halin<;le kurutucunun etrafm1 saran havaya kan§Ir. Biitiin bu kurutucularda once mtma yiizeyine ISI transferi yap1hr ve 1st, ISitma yiizeyini gegerek kurutulacak maddeye. ula§Ir. Bu. durumda kurutulacak madde, etrahm saran hava veya buhardan daha SI' cakt1r ve olay kaynamaya benzer §ekilde meydana gelit. Biitiin bu durumlarda kurutulacak madde, daha once a<;hklandigi gibi, sabit debi periyodu ve azalan debi periyodu gosterir. Sabit debi periyodu esnasmda su, cihazda mevcut §artlar altmdaki kaynama temperatiiriinde buharla§Ir. Azadebi periyodu. esnasmda kati maddenin temperatiirii, genellikle suyun kayn·arna temperatiiriiniin iistiindedir. Sabit debi periyodunda suyun biiyiik bir kis" rni uzakla§tmhr, fakat bu uzakla§tirma tiim kurutma zamammn sadece ufak bir kismim te§kil eder. Biitiin bu kurutucnlarla ilgili hesaplamalar, ISI tnnsfer katsaylSlm esas alrrlar. Yogunla§an buharm yiiZey katsayiSl, metal duvarm direnci 've kurutma yapan yiizeyin yiizey katsaylSI, 'tiim lSI transfer katsayiSI igerisinde yer almahdrr. Gergekte, kurutulacak maddenin tipine, sahip oldugu rutubetin miktarma, lSitma yiizeyi ile temasta olari madde tabakasmm kahnhgma, bu tabakamn yapisma ve dalm birgok faktorlere bagh olarak §artlar degi§tigi igin, bilinen degerlerden tiim 1s1 transfer katsayiSlnm hesaplanmas1 miimkiin degildir. Vakum altinda gah§an rafh kurutucular takdirinde, raf (ISitilan) ve tepsiler arasmdaki te·.mas diienci sebebi ile prqblem daha da kan§Ik bir hal ahr." Bunlar araSinda degi§en miktatlarda hava arahg1 daima vard1r ve bu, lSI transferine kar§I koyan fazladan bir direncin dogmasma sebep olur. Kimya literatiiriinde bu ISI tra~s ferinin biiyiikliigii hususunda· pek az bilgi vardir. Bu konuda bilgisi artan kim" seler k1sa ·bir siire sonra, lrurutnlacak maddelerle ya p1lan test gah~malan (pilot Qali§rnalar) sonucunda elde olunan degerlere dayanilarak, kurutucnlarm projelerinin hazirlandigu:u anla\"lar.
10-35. Piiskiirtmell.lmrntncnlarla llglli hesaplamalar. Piiskiirtmeli kurutucularla ilgili yaymlanmi~ bilgiler sllirrhd1r ve piiskiirtmeli kurutucnlarla ilgili hesaplarm yapilabihnesine imkdn verecek seviyeye ula§mami~tu". Degi§ik tiplerde yapiimi§ piiskiirtiiciilerin, kuruma iizerindeki etkileri ile ilgili pek gok say1da teorik gah~malar yapilmi~, fakat·heniiz faydalanabilecek bir seviyeye nla~Ilamami§tir. Yakin bir gelecekte pargacik!atui kurutucu ig~tisinde izlemi~ ol'
J.A. Duffie and W.R. Marshall, Jr., Chern. Eng. Progr., 49:417423, 480-486 (1953).
593 5')2 dugu yolun onceden tahmin olunabilmesi ve buna dayamlarak, kuruma operasyonunun daha iyi anla~I!abilmesi rniirnkiin olabilecektir. Bu sebeple, bugiin bu konuda daba fazla a~IIdarnalara yer verilmesinin faydah bir taraft yoktur. Piiskiirtmeli kurutucularm projeleri, pilot tesis olarak kurulan piiskiirtmeli kurutucularla yapi!an test ~alt~rnalarmt ve piiskiirtmeli kurutucu yaparuarm ellerin'de toplanrm§ bilgileri,. esas alarak haZirlamr, 10-36. Havamn on lBitdiD88L Bu biiliimde a~tklamalan yaptlan bir Ia~ stm kurutucularm, havamn yeniden ISlti!mast i~in (§ekil 10-1, 10-5 ve 10-9 da oldugu gibi), i~ tsthciian vardtr. Bu yapt tipinin iinemi her zarnan anla§Iiamamaktadtr. Ger~ekte, operasyonun ekonomisi iizerinde biiyiik etkisi vardtr. Kurutruacak maddeni~ iizellikleri sebebi ile, belirli bir kurutma operasyonunda kullamlabilecek rnaksimum hava ternperatiiriiniin, smrrh oldugu bir hali giiz i:iniine alahm. Hava dola~unmm ve hl
Temperatiir Sekil 10-27.
Havantn
dol~tmlmaksJzm
yeniden JSttllmast.
rilmektedir. A noktast, taze havanm kurutucuya girdigi §artlart; B noktast, kri!Iamlabilecek maksi~~m hava temperatiiriinii ve C noktast, havanln kurutucuyu terk ettigi anda i~inde bulundugu ~artlart (B nokktasmdan ge~en adyabatik soguhna dogrusu iizerinde yer alan) giistermektedirler. Bu tip bir operasyonda
hava rutubetinin A dan C ye yiiksehnesi srmrhdtr ve bu sebepten, uzakla§hn!acak rutubetin her kilogramt icin biiyiik hacimde havaya ihtiyac vardtr. lcerisinde bulundugu §artlar C noktast ile gi:isterilen hava, miisaade edilei;l maksirnum temperature D kadar yeniden ISltdacak ve kurutucu dt~ma gi:inderilecek yerde, tekrar kurutruucak madde iizerinden ge~rilecek olursa, yeni ba§tan bir miktar daba rutubet alu. Bu i§lemin sonucunda havamn icerisinde bulundugu ~a~tlar E noktast ile giisterilir. Bu i§lem E, F ve G noktalan ile gi:isterildigi §ekilde tekrarlanabilir. Havamn tekrar tekrar tsthlmast sebebi ile bir miktar daha tstya ihtiya~ olmakla beraber, bu i§lenderin tiim etkisi, bubarla§an suyun her ldlograrnt igin gerekli 1s1 rniktarmm azalmast §eklinde kendisini gi:isterir. Giinkii bu i§lem, buharla§an suyun her kilogram! icin kurutucu dt~tna ah!an hava ai!Irhgmm ve bu sebeple de, hava yolu ile tst kaybtmn azahnasma sebep olur.
Omek: 10-4. Kurutulmasi istenilen maddenin OzelliA:i sebebi ile, belirli bir. kurutucuda k:uUantlacak maksimum hava tcmperatilrii 93 oc olarak stntrlanmt!Jtlr. Kurutmada kullamlacak laze hava 15,6°C da olup 0,006 kgr sufkgr kuru hava de~erinde rutubete sahiptir. Kurutmamn 1 atm baSID!r altmda yaptldtjmt ve tsl kaybmm Onemsenmiyecek kadar az oldu~ ~ kabul ediniz. (a) Hava kurutucuyu 49°C da terkedecelc:, tekrar tSttma, ve dola~tll"llma kullantlmaya~ cak Olursa, 1 kgr suyun buharla!Jmast i~in gerek.Ii lSI miktanm hesaplaymtz. (b) Havanm dola!;itmlmast uygulanmakslZln, iki adet tekrar tsttma kullandmaktadtr. llk. tekrar tsttma ve madde Uzerinden g~irmeden sonra (!;lckil 10~27 de E noktas1), havanm temperatUrii 51,8°C' vC' yukandakine benzer ikinci bir il}lem sonunda (Q noktast) 56,8°C derece oldtigu takdirde. suyun her bir kilogrammm buharla~mast i!rin gerek.li lSI miktanm hesaplaymlZ. ~zUm. (a) Taze havanm 93°C a tstblmasmdan sorira, bu !;iartlara tekabiil eden adyabatik doyurma ,temperatUrU, rutubet diyagranundan !;lekil (2-3) 32,4°C olarak okunur. 1st kaybtntn ve kattya radyasyonla lSI transferinin Onemsenmiyecek kadar az oldu~unu kabul edecek olurs~; havamn kurutulacak madde Uzerinden ge9irilmesi esnasmda i~erisindc bulunduAu. !;iartlar, bir adyabatik soAutma doArusu ile gOsterilir. Kurutucuyu terkeden havanm rutubeti, temperatilril 49°C ve iidyabatik doyurma temperatUrii 32,4 •c olan noktamn bulunmas1 ile, ortaya ~lkar. $ekil (8-3) den bu rutubet 0,0245 olarak okunur. Buharlastmlacak suyun. her kilogranu i~in gerekli kuru havaum tilm a~lfhg1 1/(0,0245- 0,0060) = 54,0 kgr d!f. Ktstm 8-15 de hava-su buhan sistemi i~in, sabit adyabatik doyurma temperatUrU dofrnlanmn yaklru;tk. olarak sabit entalpi doArulan ile aYm. oldugu gOsterilmi~tir. Bu yakl~k llk, farklt ~artlar i~erisinde bulunan hava entalpisinin ]?ulunmasmda kullamhr. OmeAin, B noktast ile gOsterilen havanm: adyabatik doyurma temperatiirU 32,4°C ve entalpisi 31,4 kgr.kaljkgr kuru hava (Perry sahife 760 a bakm1z). Buua benzer ~ekildc taze havanm adyabatik. doyurma temperatUrii 10,8°C ve entalpi~i 11~7 kgr.kal/kgr kuru bava du. A noktasmm, ya~ termometrc temperatUrii 10,8°C oJan noktadan g~en adyabatik. doyurma doirusu (aym zamanda sabit entalpi doArusu) iizerinde ve B noktasmm. ya~ termo-metre temperatiirU 32,4°C olan noktadan' ge~n sabit entalpi dO~rusu Uzerinde yer almas1 sebebi ilc, 1 kgr kuru havay1 A dan B ye tSitmak i~in gerekli tsmm miktan iki entalpi fark•, diAer bir deyimle 31,4-11,7 = 19,7 kgr.kal d1r. I kgr suyun buharlasmas• !~in gerekli ''' ise ($4)(19,7) = 1.064 kgr.kal d1r. F. 38 I. C•tal~ - Kimya MUhendislijine G~
594
595
(b) Yukanda a~aklaniast yapllan sebeplerden dolayt, ilk tekrar tsttma (CD) igin gereKJi tstmn' miktan 43-31,4 = 11,6 kgr.kal/kgr kuru hava ve ikinci •tekrar tsttma igin (EF) 54,7-43 = 11,7 kgr.kalfkgr kuru hava dtr. Kurutucuyu terkeden havanm kuru termomet~ re temperatiirii 56,8°C, adyabatik doyurma temperatiirU 45°C ·.ve rutub~ti 0,0587 dir. 1 kgr suyun buharl~mast iyin kullamlan kuru havamn tiim a~trhgt 1/(0,0587- 0,006) = 18,98 kgr d1r. I kgr suyun ·buharl"'!maSI i~in gerekli "' = (19,7 11,6 '+ 11,7) (18,98) = 816 kgr.kal dtr.Bu suretle tekrar tekrar lSitmanm, 1 kgr suyun buharlW}mast i~in gerekli tstyt 1.064 den 816 kgt.kal ya dii$iirdiigii gOriiliir. Diger bir deyim1e, tekrar tekrar tsttma kullantlmadt~:'t takdirde ·% 23 kadar. daba fazla 1S1ya .ihtiyay vardu. Diiier taraftan 1 kgr suyun uzakl~ti rilmast ictin kullamlan havanm mik.tart da 54 kgr da~ 18,98 kgr a dii!$er ki; bu da, hava ge~itlerinin biiyiiklii8ii ve VantilatOr tarafmdan kullamlan enerii miktarmda bir kazatw sa&lar.
+
10-87. Hava doi!I§IJDI. Kurutma operasyonlanpm pek Qogunda, kurumamn meydana geldigi ya~ termometre teinperatiiriiniin kontrol edilmesi zorun- · lugu vard1r. Bu husus ve aym zamanda gerekli lSI miktarmm azaltiimasi, kurutucuyu terkeden rutubetli havanm bir lasm1m bir miktar taze hava ile kari~tir dlktan sonra, ttikrar kurutma yapmak maksad1 ile fmn iQerisinden geQirerek temin edilebilir. Sekil 10-1 ve 10-9 da giisterilen cihazlarla ilgili aQIIdamalar yapihrken bu. hususa deginilmi~tir.
havaya sadece bir noktada lSI transferi yapilan kurutucularm tipik bir iirnegidir. Kullan!lan taze havanm durumu A noktas1 ile giisterilmektedir. Kararh durumun mey~ana gelmesi halinde kurutucuyu terk eden havanm durumu B noktasi ile giisterilmektedir. Bu havamn bir kism1 kurutucu d1~na QII.anl~r; diger bir lasm1 ise, kari§Imm durumu C noktas1 ile giisterilebilecek ~ekilde, taze hava ile kan§tmhr. Bu kari§Im, Isiti!masmda salanca giiriilmeyen maksimum temperatiire D kadar ISit!hr ve kurutulacak madde iizerinden geQirilir. Bu esnada hava bir miktar rutubet ahr ve B noktas1 ile giisterilen (kurutucu di§Jna Qikanld•itl) duruma eri§inceye kadar sogur. Bu tip operasyon, buharla§tmlacak suyun, her kilogram1 iQin liizumlu Ism;n (tekrar tekrar ISltma yapdmayan ve hava do-' ]a§Imi uygnlanmayan bir operasyona oranla) azalmasma sebep olur. Fakat havarnn ortalama rutubeti yiiksek oldugu iQin, kuruma debisi yava~lar. Kuruma debisinin kont:rol edilebilmesi halinde, bu ~ebinin azalmas1 bir salanca te§kil etmeZ. Omek 10-5.
Arzulannrayan durumlarm meydana gelmemesi i9in, belirli bir. kurutma ait debinin, kontrol edilJ:!Iesi gerekmektedir. Taze hava kurutucuya 15,6°C da ve rutubeti 0,006 kgr su/kgr kuru hava olarak girmektedir. Kurutucuyu terkeden havanm kuru termometre temperatlirU 51,8°C ve ya, termometre temperatiirii 45°C dtr. Havantn % 80 i, dil!er bir deyimle ISthctya ganderilen ku~ havamn her kilogramma ka~thk 0,8 kgr kuru hava dol~tmlacak olursa, taze kuru havanm her k.ilogramma kar!$thk buharla~ttnlacak suyun aA:trh~tnt, 1 kilogram suyun buharla!$mast i9in gerekli tstmn miktarmt, taze ve dol~~ tmlan hava kari~unmm tstblmasx gereken temperatiirii )lesaplayxmz. HesaplamalanniZda tst . kaybmm Onemsenmeyecek kadar az oldugunu kabul ediniz. o~rasyonuna
Cfu;Um., · Ger9ekte IStbCI, kurutucu dt~mda ayn bir Unite olmaytp kurutucu ir;erisinde bulun'masma ra~men, !olekil 10~29 daki aklm diya8rammda ~ematik bir ~ekilde ayn gOsteril~ niliitir. A, B v.s. gibi harfler, aktm diyagrammda belirli noktalan gOst~rmekte olup, bu nok~ talara ait temperatiir ve rlitubet deAerleri ~ekil 10-28 de g5sterilmi~tir. Taze havanm (A noktasl) dola.,tmlan hava (B noktas1) ile kan~tmlmasmdari meydana gelen kan~tmm (C noktaSt) i~risinde bulunduA;u ~artlar, kUtle ve enerji bilan'iolan yardtmt ile hesaplanabilir.
Devreden hava
fsltiCI ~ekil
TemperatUr Sekil 10-28.- Tekrar 1s1tma yapilmaksiZID havamn
dola~tmlm'aSI.
Havamn tekrar tekrar ISitllmaSI yapdmaksiZin uygulanan bu ~ekildeki bir. operasyon, ~ekil 10-28 de ~ematik olarak giisterilmektedir. Bu, kurutma. yapacak
4
'-:-::---:---'}
~
•
Rutubetli h ava CIk IS I
Kurutucu
10-29. Omek 10·5 e ait ak•m !emaSI.
t;Oziime ba;langzc: ve temel: Taz:e hava olarak kurutucuya giren 1 kgr kuru hava: Kurutucuyu terkeden havanm % 80 i dola,tmldt8t i~in, taze hava olarak 1 kgr kUru hava girdiii takdirde 4 kgr kuru hava dollWtlrllmaktadtr. Rutubet diyagrammdan, kurutu~ cuyu terkeden havamn rutubeti 0,0587 kgr sufkgr kuru hava ve adyabatik doyurma temperatlirli 45°C derece olarak okunur. Suyu esas alan bir kiltle bilan!;osu kuralim.
597
596 (I) (0,006) yukandaki
~itlikte
we,
te~ekkiil
eden
+ (4) (0,0587) = 5 kan~tmm·
we =-0,0482_ kgr
C:tkan havamn rutubeti gok yiiksek olacak §ekilde, hava giri§i iyice simrlanacak olursa! bu, B termoelementinin gok yiiksek bir ya§ termometre goster-
W,
rutubetidir.
sufkgr kuru hava
Ya:; termometreden kontro l
Omek 10.4 de bulunmu!,l olan entalpileri kullanarak bir cnerji bilan9osu kurahm.
(1)(11,7) yuk.andaki
e~itlikte
+ (4)(54,7)
He, meydana gelen
kan~mltn
= 5 H,
entalpisidir.
't.:ls ve kuru
H, = 46,1 kgr.kal/kgr
Bu entalpi 41,3°C hk bir adyabatik doyurma temperatiiriine tekablil eder. Kuru termometre temperatiirii 49°C dtr. Rutubet diyagrammda, C noktasmdan 45°C lik adyabatik do~rUya kadar uzanan yatay bir do&ru 9izecek olursak,~ tsitlctyx terkeden kan~nmm kuru termometre temperatliriinlin 80,3°C ol~ugu bulunur. kgr
buharla~rui.
Kuru tennometreden . kontrol
• 1
Taze hava -A
c Vas
sujkgr kuru hava (giren) = 0,0587- 0,0060 = 0,0527
kgr kullamlan kuru havajkgr
buharla~an
su
ve uru termometre kayrt ve kontroli.i
= 1/0,0527 = 18,98
Kam}tmtn tsttmadan sonra (D noktast) entalpisi~ kurutma dt!}ma attlan (B noktast) rutubetli havamn entalpisi ile aymdtr.
I kgr kuru hava (giren) 1 kgr suyun
i~in
buharla~tmlmast
ltizumlu
1St=
i!;in liizumlu
(5) (54,7 -46,1) ISt
=
43 kgr.kal
= 43/0,0527 =
816 kgr.kal
10-38. Kurutucu kontrolleri. Modern bir kurutucu tamam1 ile otomatik gah§acak §ekilde ciliazlarla donatilmi§lir. Bu cihazlar sadece durumu gostermekle kalmn, aym zamanda operasyonu kontrol ederler. Bu cihazlarla donatmamn aynnttlan, kendilerinin yerle§tirilmeleri kadar degi§ik olml.kla heraber, miimkiin olan bir l;onatlm diizeni §ekil 10-30 da gosterilmektedir. Bu §ekil sadece kontrol cihazlanm gostermek maksad1 ile hazulanmt§ oldugundan, kurutucunun kendisi ile cihazlar aym oran dahilinde gizilmemi§lerdir. Esas cihaz olan A,' hassas bir termoelement gifti yard1m1 ile hem ya§ ve hem de kuru termometre temperatiirlerini kaydeder. Cihaz · o §ekilde diizenlenmi§tir ki (kontrol cihazl,armm pek gogunda oldugu gibi), kayttlardan biri kendisi igin smtrlan• tnl§ degeri a§acak olursa, cihaz derhal basmgh bir hava akinum C ve G kontrol cihazlarma gonderir. Bunlann her biri, bir muhafaza igerisinde bulunan ve .§ekil 3-16 da gosterilene benzeyen, esnek bir diyaframa sahiptir. Fakat burada diyafram blr val£ kolunu harekete gegirecek yerde, gegit kapaklanm harekete getiren bir kalduag kolunu galt§tmr. B termoelementi taraftp,dan gosterilen kuru termometre temperatiirii dii~ecek olursa C kontrolorii, E kapagm1 lasmen agacak F kapagmt ktsme!l kapayacak §ekilde, D kaldtrag koluna bask! yapar. Bu, lSltiCtdan daha fazla ve yan gegitten daha az hava gegmesine sebep olur.
'termometre uclan
~eldl 10-30.
Kurutucu
-
Kurutucu kontrolleri: A, esas kontrol cihazt; B, ya~ ve kuru termometre 01~ mek i9in hassas bir termoelement gifti; C, kuru termometre kontrol diyaframt; D, kuru termometre kontroliine ait kald1rag kolu; E, Isttlct damperleri (kapaklan); F, yan gegit kapaklan; G, Y~ termometre kontrol diyaframt; H, )"a!} termometre kontroliine ait kaldtra9 kolu; J, ha-
va 91k1~ kapaklari; K, hava giri~ kapaklan; L, hava dola~am kapaklan (Minneapolis- Honeywell.) ·
mesine sebep olur. A cihazt G kontroloriine basmgh hava gonderir ve H ka]dirag kolunu harekete getirir. Bu esnada I ve K kapaklan ag1hr, L kapag1 ise kapamr. Bu suretle daha fazla rutubetli hava kurutucu di§ma 'atihr ve daha fazla taze hava kurutucuya alnnr. Cihazlarm diizenlenrr.esi §ekil 10-30 da gosterilenden oldukga farkh olabilir. Bu alum diyagram1, sadece cihazlarm kontrol i§ini gostermeyi omag edinmi§tir. Aynca bu cihazlar sadece kurutuculara ait olmayip, §imdiye kadar kitapta agtldamalan yap1lan diger operasyon cihazlarma da uygulanabilirler. Bu biiliimde agiklanmi§ olmalan sadece bir tesadiiften ibarettir.
599
598 ADI.Ahl>IRMA A a b
=alan, ni' h · hava ile kar~I ka~Iya geren katt par~c1klann yiizeyi, rrF/m3 kurutucu acmt = bir sabit katmm Ozgiil JSlSI = sabit basm~ta havamn Ozgiil IStst = yii.zeye ait kiitlesel debi, kgrj(saat) (m2 kurutucu kesit ala~u) . yiizeye ait kiltlesel debi (rutubet hari~). kgrf(saat) (m'2 kun1tucu kestt alant) = entalpi, kgr.kaljkgr kuru hava = r3.dyasyon dahil, -havadan katiya ttim tst transfer katsay1s1 0 = havadan IS!ak yiizeye lSl transfer katsaylSl, kgr.kal/(hr) (m") ( C) = ISI tr~sferi i!;in I faktOrii = 1s1 iletkenliili · = 1slak yiizeyden havaya l(Utle transfer katsaylSl, mol-kgrf(hr) (m") (atm) = 1slak yilzeyin uzunlu~u, m .. = ISlak yiizeyden bavaya buharla$an suyl.llr buharl~ma debts!, mol-kgrjhr
= =
C C
GP G' H h hG JH
k kG L N
=
4
n =birUs NTU transfer i.initelerinin saytst p su buharmm klsmi basmci, atm q tSI tran.sfer debisi, kgr.kaljsaat qG = havadan kat.J.ya duyulur ISI transferine ait debi, kgr.kaljsaat s = kurutucunun kesit alaru, s = havanm nemli ISISI, kgr.kalfkgr kuru hava t = temperatiir, oc u havadan k.at1ya 1St t,ransferine ait tUm 1s1 transfer k.atsayiSt, kgr.kal/ (m" katl yiizeyi) (hr) (°C) w = aguhk~ kgr; aym zamH.nda rutubet, kgr su/kgr kuru hava w rutubet miktan, kgr z :;: kurutucu boyunca uzakhk, m
= =
=
nr
0
6
~artlart
altmda, sabit ,debi periyoduna ait kuruma
debi~
Hava hiZI = 6 mjsaniye Havamn kuru termometre temperattirli Havamn ya~ termometre temperattirti
= 66°C
= 38°C
Aym madde ile yapdan bir kurutma testine ait sonuglar Ornek 10-2 de verilmil,tir.
10-2. 3 mjsaniyelik bir hava htzt igin, sabit debi periyoduna ait kurutma debisini saplaymiZ. Di&er ~artlar problem 1 de verilenlerin aynlSldir. 10-3. Sabit basmgta bulunan hava-su buhan
kan~Imt
i!rin, bir hava aklmt
he~
(temperatti~
rii t A ve rutubeti W A) di&er bir hava ak1m1 (temperattirU t n ve rutubeti W nJ ile, birinci aktm~
daki kuru hava a8:trh&mm ikinci ak1mdaki kuru hava a81flt8ma oram m olacak ~ekilde (adyabatik ~artlarla) kan~tmlacak olursa, akimlann temperatiir ve rutubetini gOsteren iig nok~ tanm rutubet diyagrammda diiz bir dogru meydana getiecekleri ~artlar nelerdir?
10-4. Ornek 10M4b de taze hava ve kurutucu di~IDa atilan hava igin verilen ~artlan kullanarak, fa kat maksimum hava temperatiirliniin 79 ,ffoC olaca8mt kabul ederek, liizumlu olan tekrar tekrar Isltma operasyonlanmn saylSlnt hesaplaymiZ. 10.5.
Hava dolru;nmmm kullamldikt (Ornek 10-5 e bakmtz}, taze bava ve
kurutucu
dt~ma btrakdan hava ~artlannm sabit tutUldugu bir hal i!riD, dola~tmlan hava oranma ba8h
10-6. Omek 10-5 de verilen ~artlar kullandarak, fakat miisaade olunan maksimum hava temperatiiriintin 93 °C oldu,Sunu kabul ederek, ~ola~tmlan rutubetli havamn oranmt bulunuz.
= hava veya gaz
10-7. Endlistriyel uygulamada rayon ipli.!,fi ~ileleri santriflij ile kurutulurlar ve bu esnada kuruma, azalan debi periyodu ~eklinde meydana gelir. Sabit kurutma (havada kurutma) ~artlan altmda, belirli bir tip ipli,£:in kurutulmasma ait elde olunan deneysel de8erlerl, w;a&tdaki e~itlik yardtml ile birbirlerine baB;mbh kthnabilir.
stvi~hava
temas yUzeyi
= tekrar tsitma periyodu
s = katl faz; = toplam I
1,2, vs.
sabit kurutma
=
=
w
A~agtdaki
olmakstzm, buharla,tmlan suyun bet kilograrm i!;in liizumlu tst miktarmm sabit oldugunu gOsteriniz.
m = logaritmik ortalama p
10-l.
sini hesaplaymiZ.
=
Altlrklar G
PROBLEMLER
~m
ISitma periyodu
= suyun ~ termometre temperatfuiinde = y~ termometre
buharl~mas1
= b~atl81!ilaki durum = 1, 2 vs. noktalarmdaki durum = 6 miiddet sonraki durum
A = suyun
saat
buharl~ma gizli
= viskozite
:). "'P = bir
fonksiyon
lSlSl,
dw/de = kuruma debisi, kgr buharlaJiaD su/(saat) (kgr kuru lp!ik) GG = havanxn klitlesel debisi, kgr havaj(saat) (m'2) W, havanm YW1 termometre temperatliriinde doygunluk rutubeti, kgr su/kgr kuru hava W = bavamn rutubeti, kgr sufkgr kuru hava F = ipli8in serbest (ba&Imsiz) rutubet miktan, kgr sujkgr kuru iplik
=
Yunan har/leri
{:) = zam.an,
_dw=00293G 1' 41 (W -W)F dO • G "
kgr.kalfkgr 1
H.P. Simons, J.H. Koffolt and J.R. Withrow, Trans. Am. lnst. Chern. Engrs., 39: 133155 (1943).
601
600 atm basm(; altmda !tah$an kompartlman tipi bir kurutucu ile yaptlan bir kurutma operasyonunda ipligin rutubeti 0,8 den 0,01 kgr serbest su/kgr kuru iplik de8erine dli~iiriil~ mektedir. Kurutma operasyonu yakl~tk olarak sabit kurutma ~artlan altmda meydana gel~ mektedir. tpli&in tizerindcn ge!;en hava,nm ortalama ~artlan a~a8tdaki gibidir.
Kuru termometre temperatiirii = 66°C Relatif rutubeti ............. : .. :. =% 10
Hava
hlZl ···················:····
= 185
m/dakika
yukandaki 1artlarda ipligin denge rutubet miktan 0,036 kgr sufkgr kuru iplik. (a) 100 kgr kuru iplikt'en buharl~acak su a8trh8;mt ve ipligin son rutubet miktannt hesaplaymlZ. (b)
Bu i.e} i~rin IUzumlu zamant hesaplaymtz.
10..8. 20-40 me~ biiyiiklli&~ sahip kumun kurutulmast i9in dOner bir kurutucu kullantla maktadtr. Saatte 10 ton '% 0,10 (y~ madde esas ahnarak) dan daba az rutubete sahip kum istenilmektedir. Kum ba$langt~ta % 60 ytizde rutubete sahiptir. Bu hava 316°C a ISlttldtkw tan sonra, -kurutucu i~erisinden ve kum aktma ztt yOnde, ge9ifilmektedir. Kurutucunun bo yutlarmt hesaplaymtz.
10..9. Ztt aklm prensibine gOre !tBh!}an dOner bir so&utucu, 18 tonjsaat debi ile kuru ve graniil yaptsmda bulunan amonyum nitrah (16-20 .ClC!J biiylikliikte ve 961 kgrfm3 yo~ gunlukta) sogutmak i!tin kullantlmaktadtr. Nitrat kurutucuya 127oC da girmekte ve 88°C a so!utulmast istenilmektedir. So&utmak i!tin kullamlan havamn temperatlirii 26,7oC dtr. So&utucunun yakla!}tk boyutlarmt hesaplaytmz1• ·
Boliim 11
KRiSTALiZASYON 11-1. Konuya girif>. Endiistriyel kristalizasyon operasyonlannda kar§Ila§Ilan faktiirler, laboratuvar gah§malan esnasmda her zaman kar§IffiiZa g1kmaz. Tamamiyle bilimsel olan gah§malarm amaCI, miimkiin oldugu kadar yiiksek bir verimle sa£ kristallerin elde edilmesidir. Aym istekler, endiistriyel kristalizasyon igin de iinem ta§Imakla beraber, aynca kristallerin biiyiikliigii, bu biiyiikliiklerin smm ve kristallerin §ekli gibi isteklerin de yer aldigi giiriiliir. Gok kere bu istekler yerinde ve iyi segilmi§ degildir. Ornegin, belirli bir maddenin biiyiik kristaller §eklinde kristalienmesi istenilir; halbnki kiigiik kristaller de, istenilen bii;oiikliikteki kristaller' kadar ve hatta ondan dalm memnuniyet verici olabilirler. n--· hallerde kristalin belirli bir §ekilde, iirnegin igne yapismda, olmasi istenilir. Kristallerin birbir!terine yapl§llll§ topaklar halinde pazarlanmas1 da aynca giigliikler dogurabilir. AhCilar gok kere smirh biiyiikliikte iiriiniin pazarlanmas1 zorunlulugunu ortaya atarlar. Bu sebeple endiistriyel kristalizasyon operasyonlan, sadece teorik yonden incelenmeyip aym zamanda, bu iizel istekler .de giiziiniinde bnlundurulmahdn-. Bu biiliimde ilk once, kristalizasyon cihazlanmn kabaca bir simfiandmlmasi esas almarak, endiistriyel kristalizasyon cihazlan tamhlmaya Qah§Ilacaktir. Bunn Qiiziiniirliik egrileri, verimler, kiitle ve enerji bilanQolarmm kullamh§I kisnnlan izleyecektir. Bunlardan sonra, kristallerin meydana geli§i ve biiyiimeleri ile ilgili bugiinkii teoriler giizden gegirilecek ve bunlann kalitatif olarak, vakum kristalizatiirlerinin Qah§masma uygulam§I ele almacakhr. Son olarak da kristallerin topaklanmas1 konnsuna yer verilecektir.
1
W.C. Saeman and T.R. Mitchell, Chem. Eng. Progr., 50: 467·475 (1954).
11-2. Krista! §ekilleri. Kristallerin simfiandmlmalan konnsunda her• kesce kabul edilen ve mantik! olan tek metod, kristal yiizeyleri arasmdaki aQIYI esas ahr ve bu, kristalografi biliminin konusunn te§kil eder. Bu sistemde, te§ekkiil eden krist&Ilerin tipleri ile kristal yiizeylerinin relatif biiyiikliikleri arasmda bir bagmh yoktnr. Giinkii yiizeylerin relai:if geli§imi, belirli bir madde i9in karakteristik olacak §ekilde, sabit degildir. Bu:::unla beraber herhangi bir madde, belirli bir Qift yiizey arasmdaki aQI daima aym olacak §ekilde kristallenir ve bn kristal §ekli, o madde iQin karakteristiktir.
603
602 Ornegin ktibik sistem, biri diger ikisine dik a91 ile baglanmt§, ti9 adet e~it uzunlukta ekseni esas alan, ytizeylerle karaklerize edilir. Ytizeylerin en basil bir yerle§imi, ytizeylerin eksenlere dik olmas1 halidir ki; bu, her zaman kar~tla§ !Jgtmlz ktibdiir. C:er9ek kristaller simetrik bir ktib veya bir igne, bir levha veya muntazam olmayan kristallerin ,bir topal
a~:zlan
esns alan altt kristal stmft vardtr. Bu stmflar
~unlardtr:
Kiibik. Birbirlerine dik ve e.~it tic; eksen. Tetragonal. Birbirlerine dik tic; eksen, eksenlerden biri diSer ikisinden uzun.
Ortorombik. Birbirlerine dik lie; eksen. eksenler birbirlerinden farkh uzunlukta. Heksagonal. Aym dJizlemde birbirleri ile 60° lik a~a yapan e~it uzunlukta tic; eksen, bu diizleme dik ac;t ile inen fakat di~er eksenlerle e~it uzunlukta olmast zorunlu olmayan di· ger bir eksen. Monok!inik. Aym diizlem lizerinde birbirleri ile 90° lik a~a yapan iki eksen ve bu diiz4eme ufak bir ac;a ile inen il~lincii bir eksen. . Triklinik. "0~ eksen de birbirleri ile ufak a~alar yapar.
11-3. Krismllenme tal'ZI. Kristallenme tarZI terimi, ge§itli tipteki ytizeylerin relatif geli§imini belirtmek iQin kullamlmaktadrr. Ornegin, sodyum kloriir sulu Q6zeltilerinden sadece ktibik .Jiizeylerle kristallenir. Diger taraftan, sodyum kloriir az miktarda tire ihtiva eden sulu Q6zeltilerinden kristallendirilecek olursa, elde olunan kristaller oktahedral yiizeylere sahip olurlar. Her iki tip kristaller de kiibik sisteme aittir, fakat kristallenme tarzlan yontinden farkhdular. Maddenin levhalar vey>l igneler veya prizmalar veya simetrik kristaller §eklinde mi kristallenecegi §eklindeki bir soruya cevap vermek mtimkiin degildir. Bu genellikle, kristallerin btiytimeleri esnasmda igerisinde bulundugu §artlara bagh olup, onu_n kristalografik stmflandmlmast veya kristallenme tarZI ile bir bagmllst yoktur. Kristallenme tarz1, kristalin d1~ g6riinii§iinti belirtmek tizere bazan yanh~ olarak da kullamhr, fakat gerQek anlamda kullamlt§l yiizeyle• rin geli§im tipini belirler, meydana gelen kristallerin §eklini degil. 11-4. Kristalizatiirlerin smiflandmlmalari. Kristalizasyon 'cihazlan, a§m doygunluk durumuna _ula§ma §ekli gozontine almarak, en kolay bir §ekilde stmflandmlahilirler. Bu stmf!anduma a§agtdaki §ekildedir: 1. Sogutma ile a§m doygunluk 2. Goziiciintin buharla~tmlmas1 ile .a§ll'l doygunluk 3. Adyabatik buharla§tlrma (sogutma ve buharla§llrma) ile a§m doygunlnk
4. Kristallenmesi istenilen maddenin QOztintirltigiinti azaltacak bir ba§ka maddenin, 96zeltiye illlvesi il~ yaptlan kristallenme. Birinci metod sadece, temperatiiriin dii~mesi ile ~Oziiniirliigii Onemli derecede azalan maddelere uygulamr. Pek Qok madde iQin bu, normal bir Q6ziintir• ltik egrisi tipidir. Bu sebeple, uygulama alam bulan ilk kristalizasyon metodudur. Bugiin dahi oldukQa yaygm bir §ekilde kullamlmaktadtr. Goziiciintin buharla§· tmlmas1 snreti ile a§m doygunlugun meydana getirilmesi, esas uygulamasm1 yemek tuzunun tiretilmesinde bulmu~tur. Goztintirliik egrisi o kadar yataydlr ki, sogutma ile elcle olunabilecek kristallenme onemsenmeyecek kadar azdtr. Bu metod, ~6ziintirliik egrisi Qok fazla dik olmayan, sodyum klortirden ba§ka maddelere de uygdanabilir. 0Qiincti metodda, evaporator 9ah§Ir ve doymu§ Cir Q6zeiti i~erisinde suspansiyon halinde hiStaller ihtiva ederken, evaporatoriin pek az bir sogutulmas1 (evaporat6rii1; i~erisinde bulundugu ·§artlarm dalgalanmasmdan) ile yeni ba§tan o kadar Qok madde kristallenir ki, evaporator i~erisindeki ~ozelti hemen hemen kattla§lf, diger bir deyimle adetll donar. Dik Qoziintirliik egrisine sahip olan tuzlar iQin, deri§ikle§tirmenin sadece evaporatorde (doygnnlnga eri~meden) yaptlmas1 ve sogutma i~in ise ayn bir kristalizator kullantlmast, §eklinde bir uygulama yapthr. D~tincti metod, diger adtyla vakumda adyabatik sogutma, btiyiik miktarlardaki tiretimler iQin en iinemli metoddnr. Steak QOzelti, g6ziiciiniin o temperattirdeki buhar basmcmdan daha az bir total basmca sahip olan bir vakum odasma g6nderilecek olursa, Q6zticti ptisktirerek bu odaya girer ve bn ptiskiirme (fla§) adyabatik sogumamn meydana gelmesine sebep olur. Buharla§llrma ile birlikte sogutmamn uygulanmast, istenilen a§m doygunlugun meydana gelmesine sebep olur. Gozeltiye, maddenin o Q6ziictideki g6ztiniirliigiinii azaltacak diger bir maddenin kattlmas1 ile, kristallendirmenin meydana getirildigi son metod, pek fazla uygulama alam bulamaz. Bu metodun indirekt bir ujrgulamas1, elektrolitik kastik Qiizeltilerin ve sabunun aynlmasmdan sonra, arta kalan gliserin-su.tuz kal'l§lffil olan ~iizeltilerin evaporasyonunda goriiliir. Her iki halde de sodyum hidroksidin veya gliserinin, ytiksek konsantrasyonda ortamda bulunmas1, ~6ztinen maddenin ~6ztintirltigtinii azaltu ve ~oziintirliigii fazla plan komponentin QOztiniirliigti artarken, ~6ztintirltigii az olan kompm1entin (yukandaki 6rnegimizde sodyum kloriiriin) Q6ziintirliigti daha da azahr ve onun histallenmesine sebep olur. Gelecek ytllarda bu metodun uygulama alanlarmm geni§lemesi umulmakla beraber; bngiin iQin, Q6ziinen komponentin o ~6ziicti igerisindeki ~oztintirltiguntin azalmasma sebep olacak maddelerin sayiSl azd1r. Bu ktsmm ba§mda yapml§ oldngumnz stmflandumayt, a§agtdaki §ekilde, ulr miktar daha geni~letmek mtimkiindtir. 1. Yalmz so~utma ile a§m doyurma A. Devamstz operasyonlar (i) Tank kristalizatorleri (ii) Kart§llrdan devamstz kristalizatorler
604
605
B.
2.
Adyabatik sogutma ile a§~t doyurma A.
3.
Devamh operasyonlar (i) Swenson- Walker kristalizatiirii {ii) Diger kristaljzatiirler
Vakum kristalizatqrleri (i) Kristalizatiir dt§mda kristal ayirnm yapma)·anlar {ii) Kristalizatiir dt§mda kr:;ctal aymmt yapanlar
11-6. Kan!l'Urlcili devamsJZ kristallzatorler. Eski metodda kristallerin biiyiimesi fazla madde kaybma sebep olur, fazla i§<;ilik ve yer ister ve sun! sogutmayi gerektiiir. Suni sogutma uygnlanan tipik bir cihaz §ekil 11-1 de giisterilmektedir. Sogutucu borularmm i<;erisinden su ge<;irilir ve <;iizelti, merkezi r
Sogu tma suyu
-l
ClkiS I
.A
~ I~
r-
:1
.. ..• .•. .. .• .. . ... ..• ;..
Evaporasyonla a§m doyurma A.
B.
<;oziiniirliigii azaltan bir komponentin ili\vesi ile kristallenme y~pan evaporatiirler Krista! evaporatiirleri
11-5. Tank kristalizatorleri. Uzun yular endiistride kristalizasyon §U §ekilde yapllagelmi§tir. Once steak ve hemen hemen doymu§ bir ~ozelti haztrlamr ve sonra bu ~iizelti, dikdiirtgen §eklindeki iistleri a~ik tanklara giinderilir ve burada, soguyup kristallenme meydana gelinceye kadar bekletilirdi. Bu metodda ne tohumlaina (a§tlama), ne kart§trrma ve ne de kristalizasyonu kontrol etmek veya h1zland1rmak i~in, her""angi bir te§ebbiis yap1hnam1§tlr. Baz1 hallerde tank i~erisine Qnbuklar veya ipler asllarak, kristallenme igin fazladan yiizeyler meydana getirilmesine Qah§llml§ ve bu suretle, kristallerin bu yiizeylerde biiyiimeleri saglanarak, hi<; olmazsa bir k1smmm dibe ~iikderek toplanmalart cnlenmi§tir. Bu §artlar altmda kristallerin biiyiimeleri yava§ olur, te§ekkiil eden kristaller biiyiimeye uygun bir ortam bulur ve bu kristaller olduk~a kenetlenmi§ bir halde bulunurlar. Bu kenetlenme, kristaller arasmda bir kiSlm ana <;ozeltinin kalmasma ve dolay1s1 ile, kristallerin yabanc1 maddeler ihtiva etmesine sebep olur. ·Tanklar yeteri kadar sogudugu zaman, bu genellikle birka<; giin ahr, arta kalan ana <;iizelti tank d1§ma ahmr ve tankm dibinde toplanan kristaller elle bo§altthr. Bu hem i§<;iligi artmr ve hem de tankm dibinde toplanan ya~anct maddelerin kristallere kan~masma sebep olur. Aynca geni§ bir alana ihtiya<; giisterir ve operasyonda yer alan madde kiitlesi, her iki lialde de olduk~a fazlad1r. Bu metod geQmi§te geni§ bir uygulama alam bulmu§sa da, uygulaytellar sadece kristallerin biiyiik olmasmt ve kristal biiyiikliiklerinin homojen olmasm1 istemi§lerdir. Bu istege sebep, biiyiik kristallerin kii<;iik kristallere oranla, dibe <;iiken yabanc1 maddelerle daha az kirlenmesidir. Bu metod bugiin henien hemen terliedilmi§tir.
.• •
y
r=
~ekil
"
<::
~
I"
b7
Sogutma su yu girisi
11-1. Kan$hrtcdt devamstz kristalizatOr.
bir §afta baglanml§ pervaneler yard1m1 ile kart§tmhr. Bu kart§ttrmanm iki giirevi vardrr: Birincisi, 1s1 transfer debisihi artlrmak ve ~iizelti temperatiiriinii hemen her noktada olduk<;a ayut tutinak; ve ikincisi, ufak kristalleri <;iizelti jgerisinde suspansiyon halinde tutarak, biiyiik krist~llerin veya kristal topaklarnun meydana gelmesi yerine, kristallerin muntazam bir §ekilde biiyiimelerine imkiln yermektedir. Bu §ckildeki bir operasyonun iiriinleri tank kristalizatiirlerinin iiriinlerinden yalmz daha muntazam ohnakla kalmay:tp, aym zamanda onlardan ~ok daha giizeldir. Bu cihazm sakmcah yiinlerinden ·birincisi, devams1z <;alt§an bir cihaz olmas1; ikincisi ise, <;oziiniirliigiin sogutma helezonlan yiizeyinde en dii§iik olrnas1drr. Bu sebeple, soguttna yiizeylerinde ·kristal biiyiimesi hiZI1 bir §e• kilde meydana gelir, helezonlar k1sa bir siire i<;erisindc kristallerle sarthr ve 1s1 transfer debisi azahr. Biiyiik kapasiteli ve devamh <;alt§an operasyonlara kar§l duyulan istek, a§ag1da a~tklanacak alan cihazlarm yap1lmasma sebep olmu§tur. 11-7. ·swenson- Walker lrrlstallzatoril.
A.B. Devletlerinde yaygm bir
~ekilde kullamlan devamh kristalizator (sadece sogutmal1) tiplerinden biri Swen-
son- Walker kristalizatiirii olup, §ekil 11-2 de gosterilmektedir. Bu clhaz, yar1
606 silindir:k bir tabam olan ve 61 em geni§lige sahip bulunan, iizeri ag1k bir tekneden A ibarettir. Bu teknenin di§ma bir su caketi B kaynaklamni§llf. Teknenin igerisir.de ise lnzi az olan, uzun kollu spiral bir kan§tmci C 7 rpm (devir/dakika) luzla donmekte ve tekne tabamna miimkiin oldugu kadar yakm yerle§tirilmi§
Kristalizatoriin sonunda, kristallerin ve ana 9ilzeltinin birlikte iizerindcn a§acag1 bir kapak ile, kristallerin ana 9ozeltiden aynlmasm1 temin cdecek bir siiziilme odas1 veya bir siiziilme levhas1 yer almaktadu. Bu i§lemin sonunda ana 96zelti tekrar kristalizatore; ya§ kristaller ise bir santrifiije gonderilir. Diger bir kmm kristalizatorlerde ise, yattk bir konvey\iriin klsa bir klsmt kristalleri gozeltiden ahr ve santrifiije gonderir. Ana gozelti ise kristalizatoriin uygun olan bu k!smmdan a§1rtma sureti ile ahmr. Bu tipin bir onceki tipten iistiinliigii, yerden ve maddeden biiyiik kazang saglamlmas1 ve en onemlisi de daha az i§~ilik istemesidir. Devamh kristaliza!Orlerin daha az kullamlan diger bir tipi de, birbirini izleyen borular 0eklinde yaptlmt§ olup; bunlarm her biri, kendilerinden daha biiyiik gapta diger bir boru tarafmdan caket olarak sanlnn§lardtr. Sogutma suyu borular arasmda kalan bo§lukta akar ve i9teki borunun i9erisinde spiral bir ka" n§tmcl yer alnu 0ttr. C:ah§ma metodu Swenson -Walker kristalizatiirlerinin benzeridir. Bir boru uzunlugnndan daha biiyiik uzunluklara ihtiya9 duyulursa, iiniteler birbirlerinin iizerinde yer alacak §ekilde yerle§tirilir. Kan§tmcl 5 ila 30 rpm (devirjdakika) degerinde bir lnzla doner.
Sekil 11-2.
Swenson-Walker kristalizatOrii: A, tekne; B, caket; C, kan,bnct.
, bulunmaktadir. Bu cihazlar 3 m boyundaki iiniteler halinde yap1hr ve kapasitenin artmlmas1 istenildigi zaman "birkag iinite birbirine baglamr. Tek bir §aft larafmdan gah§tmlabilen maksimum uzunluk 12 metre olup, bundan daha biiyiik bir uzunluk istenilec<.k olur~a; bu kristalizatorden birkagmm, biri digerinin. iistiinde yer alacak §ekildc yerle§tirilmesi ve gozeltinin birinden digerine keildiliginden akmas1 temin olunur. Kristallendirilecek s1cak ve deri§ik Qilzelti te1:nenin bir ucundan gonder'ilir ve caket ic;erisinde akan sogutma suyu ise, c;Ozeltiye Zit yOnde cakete girer.. Krista! biiyiikliigiinii kontrol etmek igin, baz1 hallerde teknenin belirli kmmlarma fazladan su ililve ~lunmas1 istenilir. Spiral kan§tmcmm gorevi sad~ce gozeltinin kan§tmlrr.asl veya kristallerin bir yerden diger bir yere ta§mmas1 olmapp; gorevlerinden birincisi, histallerin sogutma yiizeyi iizerinde toplanmalanm onlemek; ikincisi is€, kristalleri te§ekkiil ettikleri yiizeylerden kopanp ana c;ozelti i~erisinde yukartdan a§agtya dogru dii§melerini temin el!nektir. Kristaller, ana 9ilzelti i9erisinde suspansiyon halinde bulunduklan esnada, biiyiimelerine devam ederler. Bunun sonucunda genellikle oldukga muntazam, hemen _ hemen aym biiyiikliikte, yabanc1 maddeler toplamamt§ ve topaklanmam1§ kristaller meydana gelir.
11-8. Vakum kristalizatorleri. SICak ve doymu§ bir 96zelti, kendisinin kaynama temperatiiriine tekabiil eden basm9tan daha· az basmca sahip bir vakum kabma ahnacak olmsa, bu kaba piiskiirerek (f!a§) girer ve meydana gelen adyabatik evaporasyon sonucu sogur. Sadece meydana gelen soguma kristallenmeye sebefl olmaz; bu kristallenmed0, aym zamanda meydana gelen evaporasyonun da rolii vard1r. Bu iki husus, Krista! verimini artmr. Vakum kristalizatorleri genellikle devamh olarak ~ah§tmhrlar, fakat devams1z gah§tmlmalan da miimkiindiir. Vakum kristalizatorleri gok basil olup, hareketli pargalan yoktur. Bu sebeple aside .dayamkh malzemeden yaptlabilir, kur§un veya lastik ile astarlanabilirler. KIS!m 5-17 de ag1klanan tipte buhar- jet ejek!Orleri kullamlarak, dii§iik temperatiiriin,temin edilrnesi miimkiindiir. Aym zamanda 90k az miktarda madde ana ~ozelti halinde, kristalizasyon operasyonuna geri doner. Bu cihazlann tipik bir ornegi §ekilll-3 de gosterilmektedir. Sekil 11-3 de gosterilen histalizator A, konik tabanh bir cihazdtr. Besl~me aklm1 cihazm uygun olan herhangi bir noktasmdan girer ve buhar, C noktasmdan cihaz1 terkederek ejektore veya vakum temin eden diger bir cihaza gider. Besleme gozeltisinin piiskiirerek girmesi, histalizatorde onemli derecede kaynamamn meydana gelme>ine sebep olur. Kristaller, kendi ag1rhklan ile bo§ahm borusu D igerisine dii§ebilecek bir biiyiikliige eri§inceye kadar, go~elti i9erisinde suspansiyon halini muhafaza ederler. Kristaller buradan bir 9.amur ha!inde, bir porr.pa E ile d!§an alnmlar. Pompayt terkede~ kristal- ana gozelti
609 608 kart~IID1 1 santr1iij1ere vey3:
devamh filtrelere gonderilir. Bazr hallerde pompa ile santrifiij arasma, kari§Iml koyula§trrmak maksad1 ile, bir gokeltme tank! konuldu!tu da olur.
G A
kullamlan tipte barometrik bir kondensor olup; bunu, havayt uzakla§tlrmalc: maksad! ile, iki veya iic;: kademeli ejektoriin izlemesi gerektigi unutulmamahdu. 11-9. Dola!}unh va.kmn krlsta.Jiza.tOrlerl. Sekil 11-4 te, §ekil 11..:3 te gosterilen vakum kristalizatoriiniin ufak degi§iklikler yapdm1~ bir tipi gosteril-
Cihazm buhar boliimiinde genellikle dii§iik mutlak basmg oldugu igin, birka~.> mm degerinde hidrostatik yiik, s1vmm piiskiirmesini onlemeye yeter. Baz1 hallerde gozeltinin piiskiirme yapmaks1zm, klsa devre ile bo§ahm borusuna gegti!ti goriiliir. Bu sebeple, kristalizatoriin alt klsmma Y.erle§tirilen iki kan§tmct F, gozeltinin kristalizatilr i.;erisinde iyi bir §ekilde kan§tmlmasim saglar ve besleme gozeltisinin piiskiirme yapmaksiZin bo§ahm borusuna geQmesini onler. KristaijzatOr igerisindeki I.'GZe\!:i seviyesi, goze'tleme cam1 G yard1mi ile iz• Ienir. Her zaman her yerde kullamlan olgek cam! kristaller tarafmdan ortiilebilecegi igin, aksi tarafmda dikdortgen pencereler bulunan, olgek carnian kullamhr.
Vakum cihazma
t
A
Kristalizatorde temperatiiriin 2l~C oldugu ve doymu§ gozeltinin l6,1•c kayna-· rna temperatiirii yiiklemesi gosterdigi· bir !;:Jkt~t D, bo~ltma borusu; E, firiin hali goz oniine alahm. Bu durumda evapopompast; F, kart$tlrtct; G, gOzetleme carator i~.>erisindeki basmg, 4,4·c da bulunan mt; H. kondensOr. (Swenson) saf suyun kaynama temperatiiriine tekabiil eden basmg, diger bir deyimle 6,5 mm Hg (mutlak) du. Kristalizatiirde te§ekkiil eden buharm, her zaman kullandigimiz sogutma suyu temperattirii ile, bu basmg altmda yoi,:unla§tlnlamayacagi goriilmektedir. Bununla beraber,. bu buhar 6,5 mm Hg dan 36 mm Hg degerine (mutlak) bastmlacak olursa, yogunla§rna temperatiirii 33,3•C a yiikseJir ve kendisini her zaman kul!andiglffiiZ sogutma suyu ile yogunla§tlrmak miimkiin olur.
Sekil 11-3. Basit bir vakum kristalizatOrii: A, kristalizatOr gOvdesi; C, buhar
'
5':1 buhan
E
>
Sekil 11..:3 de gosterilen ilk kademe nozulu, yard1m01 (destekleylci) nozul diye adlandmlan bir tiptir. Jetlerin ve venturi bogazmm uygun bir §ekilde projelendirilmesi ile, yiiksek basm~ta bulunan buharm kinetik enerjisi, kristalizatorii terk eden boharm bastmlabilmesini miimkiin kiiacaktir. Bu suretle meydana gelen bastmlmi§ buharm, kristalizatorii C noktasmda terk eden buhardan daha siCak su ile, yogunlatmlmasJ miimkiin olur. Ornegimizde H her zaman
Sekit 11-4. Ma~ma dolrustmh kristalizatOr; .A., kristalizatOr iovdesi; B, besteme ak1m1 bai· IantlSI; C, dol~tm pompastj D, tSitma veya soAutma elemanlan; E, ytkama kolu; F, yJkama pompast; G, iiriln bo,altma pompast; H, perde. (Swenson.)
t.
r;:atal~
-
Kimya
Mfihendisli~ine
Girl!
It'·
39
610 mektedir. Bu §ekilde, evvelce oldugu gibi A, kristalizat5riin esas govdesi olup, besleme ak1m1 B noktasmda cibaza girer. Pompa C, dii§iik basmi;ta olan biiyiik hacimdeki maddelerin ta§mmasmi saglayan· ozel bir tiptedir ve kendisine vidal• pomp a ad1 verilir. Pompa govdesi U §ekli verilmi§ bir borudan ibaret olup; pompa kanatlan, pompa §aftma helezon §ekli verihni§' kanatlar kaynaklanarak meydana getirilmi§lerdir ve ~ok doniimlii, derin oyuklara sahip bir vida goriinii" §fudedir. <;;ozeltide suspansiyon halinde bulunan kristalleri (genellikle magma diye adlandmhr), kristalizatoriin esas govdesinden A ahr, IS!Iicldan D ge9irir ve tekrar kristaliztore gonderir. Aym zamanda besleme akmnnm dola§IID halinde olan magma il~ iyi bir §ekilde kari§masrm saglar. Besleme akum, kristalizator i9erisinde kendiliginden ve yeterli derecede, piiskiirllle (fla§) yapabilecek 51· caklikta ise, ISI!iCJda D lSI!inaya ibtiya9 yoktur. lsi!iCJda D ISI!ina zorunlu ise bu ISlnm miktan, onemsenmeyecek kadar az bir miktarda kallmn ~oziimnesi ile simrlanmahdir. Diger bir deyimle, suspansiyon halinde bulunan kristallerin lSI·. tilml§ ana 9iizelti ile temas siiresi k1sa ohnahd1r. ilk te§ekkiil eden ufak kristaller dola§an SIVI i9erisinde suspansiyon halinde kahrlar ve zamanla b&yiiyerek, yikama koluna E 9iikelecek biiyiikliige eriJ;irler. Bir Ius~ ufak kristaller de biiyiik kristalleri izlemek yolunu bulurlar. Doymu§' 9iizelti akmunm (ornegin, kristalleri ayrran filtreden ahnan ana 90zeltinin) E kolonuna a§ag1dan yukanya dogru, yiikselen bir yonde verllmesi, ufak kristallerin siiriiklenerek esas dola§Im ha" lindeki kan§Ima katilmalarma sebep olur. Bu maksatla kullanilacak olan doymu§ 9iizelti, kristt•lizatoriin iist lusmmdan da.ahnabilir. Bu durumda iistten kapah, bir perde (ayuma levhas1) H kullamhr ve ufak kristallerden armml§ doymu§ bir 9iizel11 akmu temin olunur. Bu i§leme y•kama ve bu i§lemin · yapllchgi kisma da, Ylkama kolu E adt verilir. istenilen biiyiikliige eri§mi§ kristal suspimsiyonu IJir pompa G ile dl§an ahmr. KristalizatOrler her zaman oldugu gibi bir kiSlm yardJmct cihazlarla dona!ihrlar. Magmamn dola§Jmmt temin eden bir pompamn varhg1 sebebi ile, kristalizator i9erisinde aynca bir kan§tmciya ibtiya9 yoktur. Vakum, evvelce oldugu gibi, kondensorii ve iki kademeli buharjet ejektoriinii izleyen ,destekleyici bir nozulla saglamr.
11-10. Kristal kristalizatorii. Sekil 11-4 de gosterilenden ve biraz farkh (prensip yoniinden) 9ah§an diger bir kristalizator §ekil 11-5 de gosterilmektedir. A, buhar boliimii (ba§hg1) ve B, kristallenmenin meydana geldigi kisimdir. C:ozelti, B odasmdan C pompas1 ile ahmp, D !SlliclSlndan ge9irilir ve A buhar bO!iimiine bo§al!ihr. A kisrnml terkeden buhar, kondensor ve vakum p~mpasma gider. Operasyon, A kismmda kristal te§ekktilii meyda" na gelmeyecek §ekilde kontrol edilir. Fakat A kismma, B kisnumn tabamna eri§ecek §ekilde uzatllarak, bir boru E goriinii§ii verilmi§lir. B odasmm alt kismi, yukanya dogru yo! alan sJvl akiml (E nozulundaki bo§ahmdan
611 dogan)
i9erisinde
bulunan, kristallerin meydana ge!irmi§ olduklarl bir kristal toplulugu ihtiva ellnektedir. A kismmda saglanan a§m doygunluk, a§m doymu§ 90zeltinin B k"mmda bulunan kristallerin yiizeyi iizerinde bir bo§almamn meydana gelmesine sebep olur. SIVl faz, kristallerle denA geye eri§tikten sonra, F baglan!lsi yolu ile dola§Jm devresine girer. 'B odasmm all k1smmdan, G baglantls! yolu ile, iri kristaller zaman zaman d1§an ahnu. B odas1 i9erisinde, iri kristaller altta ufak kristaller iistte ·olmak iizere, devamh bir smillanma . vard1r. C:ok ufak kristaller bu birikmeden kurtularak d1§ dola§tm sistemine kabhrlar. Besleme akimt gene! olarak pompamn C emme borusuna verilir.
c $ekil 11-S. Krista!
kristalizatoril A, buhar b11$1IAt; B, kristal bliyiime odast; C, dola$IM pompas1; D, tSibCI veya soAutucu; E, kristal yataj1 tabanma uzanan bo$ahm borusu; F, dol~•m pompasma geri dontim; G, Uriln bo1alt•m kapaA•· (Struthers-We/Is.)
Sekll 11-4 veya 11-5 deki iSJ!ict• mn D yerini, borul't bir sogutu~u alacak olursa, vakuni c,ibazma il1tiyaQ kalmaz. KristalizatOr i9erisinde 90zelti piiskiirmesi (fla§) meydana gelmez ve kristalizasyon sadece sogutma ile meydana getirilir. Bu §ekildeki bir kristalizator, kisim 11-4 de aQiklanan 1 nci sJmfa gjrer.
Sekil 11-4 ve 11-5 de gosterilen kristalizatorler,· tuz evaporatorlerine oldukQa benzemektedirler. Kristalizator ger9ekte Qok tesirli olarak yaptlabilir. Sekilll-4 de gi:isterilen kristalizatoriin, zorlanml§'dola§Jrnla 9ah§an tuz evapora" torlerinden (§ekil 5-9) farkll!Igmt gormek miimkiin degildir. Bir cihaZin evaporatiit mi~ yoksa kristalizatiir mii diye adlandmlacagJ hususundaki soruya cevap Vermek i9in, te§ekkii! e!inesi isteniJen hidrahn temperatiir Silllrlarma Ve 90ziinen maddenin, ~iiziiniirliik egrisinin §ekline bakmak gerekir. Kristalizati:irlerde kristal biiyiikliigiine, evaporati:irlerdekinden daha biiyiik onem verilir. Bir vakum kristalizatoriiniin projelendirilmesinde, evapqrator projelendirllmesinde yer ve· rllmeyen pek ~ok noktalar iizerinde onemle durulur.
612 613
11-11. Biiyiik krismller iireten krismlizatorier. nazt ozel hailer iQin buyiik kristallerin te§ekkiil etmesi istenilebilir. Ornegin, bir i§te knllamlmak uzere yakla~tk olarak 12 mm gapmda Glauber tuzuna ihtiyag duyulmast. Bu §ekildeki kristaller, kristal cihaZI veya §ekil 11-4 un degi§tirilmi§ bir modeli igerisinde buyiitUiebilirler. Bu tipte bir kristalizator §ekilll-6 da gi:isterilmektedir.
olarak degi§irse de, esas olarak temperature bagLdir. Hemen her zaman · kar§tla§ml§ oldugumuz durumlarda, ilk iki faktor onemserrmeyecek kadar ufaktir. Uygun birimlerle belirtilen goziiniirliikler, temperatUre kar§It olarak, ~ozUniir!iik diyagramlarmda ·yer alular. GozUniirliik tablolan yardtmci miihendislik k,itap!armm pek gogunda bulunur'. Bu bilgiler gozUniir!iik egrileri §eklinde verildikleri zaman, kristalizasyon operasyonu esnasmdaki madde davram§larim daha iyi bir §ekilde gi:isterirler. Sekilll-7 de bu gibi egrilerin birkag tipi gi:isterilmek-
A
Nc!~O. 7HL01_
D
l'lll, CCJ.. H,.O
'f
5
gri-4
"'1
L
c !
..
"~.JC.i
t--NII,C0.·10H1 0
F
Urun :;lekil 11-6.
~
Biiytime tipi kristalizatOr: A, buhar b~h81 (bOllimii); B, transfer pompast; C,
bi.iyUme kolonu; D. btiyiime kolonundan wsan
~Ozelti;
""tS.O,- 2?0
N
Egn-3 _
E, tsttlct.
6tSzOs r::-.../
Bu §ekilde A, bir vakum kristalizatorunUn govdesi olup, vakum mey!iana getiren yardtrnci cihazlarla donatihnt§trr. Bu suretle tsttlctdan E gelen gozelti kristalizatore ·puskurerek girer, sogur ve a§m doymu§ hale gelir. A cihazmm hacmi mumkun oldugu kadar kugiik tutulur. Sogumu§ ve a§m doymu§ gozelti, kristallerle dolu bulunan C kolonuna, hemen gonderilir. Burada varolan kristaller iizerine a§lfl doymu§ gozelti bo§alttlrr. Doymu§ gozelti ve bir kts1m, ufak taneli maddeler D kislllU\1 ~arak ISttlqya E geri gelirler. Bu durnmda ISitlCI E gozelti temperatiiriinii, biitiin ufak kristallerin tamamiyle gi:iziinebilecegi bir temperatUre yiikseltmelidir. Bu suretle piiskurme odasma A giren gi:izelti, kristal Qekirdekciklerinden ariiTmi§ olur. Driin F den dt§an ahmr. Bu tip kristalizatorler sadece, biiyiik kt-istallere gergekten ihtiyag du_xulan yerlerde kullamhrlar. Bu cihazlarm verimi dii§iik oldugu (kiiguk kristallerin pek gogunun tekrar gi:iziinmesi sebebi ile) igin, iiriiniin fiatt oldukga yiiksektir. 11-12. Denge ile Hgili bUgller (!;iizUniirliikler). Bir kati, kendi gi:izeltisi ile temasta brraktlrr ve zaman da yeterli olursa, gozelti doymad!gt siirece gozUnme devam eder. Gozelti a§m doyrnu§ ise, gozelfinin zararnia kristal biiyii" · mesi olur. Her iki halde de goziiniirliik egrisi, denge §artlarmi gosterir. <;oziiniirliih, az olmakla beraber her ne kadar madde biiyiikliigi\ne ve basmca bagh
240
_L~
- ...
-
~
~ r-10
20
,~I
j'-~il~S,.Oa5y
v ./ v v v
11~7.
200 180 .g
~...,_N-
160 ~ 140 E
~
120~
~Egri-1
KNOa
100:5
~
:2 "2 nl
~
so·~ .:.:
v
603 ..... 40'~ :::>
20,~
30
0 (_). 40
50
60
Temperatur Sekil
/
·c
70
80
90
Tipik !;Oziiniirllik drileri. Kesik.li !;izgiler metastabil alanlan gOstermektedir.
tedir. Egri i:izellikle metastabil (yalanCI denge bali) olarak belirtilmedikge, daima · st:ibil olan denge §artlartm gi:isterir. Bu §ekildeki metastabil §attlar, §ekil 11-7 de kesikli gizgilerle gosterilmektedir. 1
Omejjin, Perry, sahife 196.
614 En ~ok kar§tla§acagrmrz tip 1 numarah egridir. Bu potasyum nitrattu. Bunun sudaki ~iiziiniirliigu temperatiirle artar ve bir hidrat meydana getirmez. Biitiin temperatiir arahgmda kar§Iia§acagrmrz kati faz sadece KNO. drr. Bu tip. egrinin iizel bir hali 2 numara ile. giisterilmekte olup, sodyum kloriire aittir. Burada da sadece bir katr faz (NaCl) vardu ve ~iiziiniirliik temperatiirle devamh olarak artar. Bununla be~aber bu egri, dilz ve yalik olu§u ile dikkati geker. 15,6°C da 100 klSlm suda 35,9 klSlm NaCl ol.qn giiziiniirliik 104'G da 100 klSlm suda 40 klSlm NaCl degerine yiikselir. Her zaman kar§rla§!lan diger bir tip e~ri 3 numara ile giisterilmektedir. Bu sodyum tiyosulfat (Na:S.03 ) du ve temperatiirle llrzh bir §ekilde artan bir giiziiniirliil> giisterir. Bu egri, farkh hidratlarm var oldugunu giisteren kmklara sahiptir. 48,5'C a kadar stabil faz Na:S.03 • 5 H.O dur. Bu noktadan yakla§Ik olarak ss•c a kadar stabil faz Na2 S.O,. 2 H.O olup, 65'C ile 70,4'C arasmda yan hidrat ve 70,4'C m iizerinde anhidr tuz stabil fazdrr. 4 numara ile giisterilen diger bir tip daha vardu. Bu _egri sodyum karbona1m giiziiniirliik egrisidir. 32'C a kadar stabil faz Na,co•. 10 H,O olup, 32•c ile 35,3'C arasmdaki lasa arahkta Na,C03 • 7 H,O ve 35,3'C m iizerinde stabil faz Na,C03 • H 2 0 dur. Yedi mol billur suyu ihtiva eden hidrat §ekli ortaya grkmayabilir ve bu takdirde, on mol billur suyu ihtiva eden hidratm bir mol billur suyu ihtiva eden hidrata Llo~ii§iimii 33°C da meydana gelir. Bu egri az rastlanan bir durumu giisterir ve monohidratm goziiniirliigii temperatiiriin yiikselmesi ile azalu. 35,3°C da giiziiniirliik 100 lasrm suda 49,7 klSlm tuz iken 100'C da 100 lasrm suda 45,2 kiSlm tuz degerine dii§er. 11-18. Verim hesaplamalan. Kristalizasyon operasyonlarmm pek gogunda operasyonun yiiriiyii§ii o kadar yava§ ve kristallerin ~iizelti ile temasa gelen yiizeyleri o· kadar biiyiiktiir k~ operasyonun sonucunda ana ~iizelti, grla§ temperatiiriine tekabiil eden doygunluktadu. Sakkaroz gibi bir lasrm macldeler o kadar yava§ kristallenirler ki, giizelti uzun bir zaman kristallerle temasta kaldrgr halde, yine a§m doygunlugunu devam ettirir. Bununla beraber, ana giizeltinin konsantrasyonu genellikle giiziiniirliik egrisinden okunur. Bu sebeple, bu kristalizasyon operasyonunun verimi, giiziiniirliikle i]gili bilgilerden hesaplanabilir. Bunun igln gi:izeltinin ba§langr~taki konsantrasyonu ile, operasyon sonundaki temperatiiriiniin bilinmesi gerekmektedir. Anhidr halinde kristallenen maddelerle ,ilgili verim hesaplamalan basittir. Bu durumda sadece, Giizeltinin ba§langr~taki konsantrasyonu ile, iiriiniin elde olundugu son temperature tekabiil eden ~iiziiniirliik arasmdaki farlan ahnmasr gerelanektedir. Her iki konsantrasyon da. katr maddenin yiizdesi olarak degil, ~iizeltinin sahip oldugu su miktan ile belirtilmelidir. <;iinkii ~iizeltinin sahip oldugu su inert maddedir ve operasyon boyunca degi§meden kahr. Eger bir eva-
615 porasyon meydana ge\ecek olursa, bu evaporasyoa l~in bir diizeltmenin yaprlmasr gerekir. 11"14. KUtle bllan!;Oian. Madde hidratize bir tuz halinde ~iikelecek olursa, basit hesaplama rnetodu dogru bir sonug verrnez. <;iinkii kati tuz, ana giizelti i~erisinden alman belirli miktarda su ihtiva etmektedir ve bu sebeple, opera;yona i§tirak etmeyen suyun total degeri degi§merni§tir. Bu §ekildeki bir operasyonda goziimiin anahtan biitiin konsantrasyonlarm, hidratize tuz ve su fazlasr olarak ifade edilmeleridir,. <;iinkii bu son miktar kristalizasyon operasyonu siiresince sabit kahr. Su ·faz!aSI esas alrnarak belirtilen biitiin konsantrasyonlar birbirlerinden ~~k~r!larak dogru sonu~ ahmr. Ornek 11-1. Agtrbk ytizdesl olarak % 48 Na 2S30 3 ihtiva eden 100 kgr agtrbgmdaki ~Ozel!fuin, 20°C ·da sQ~utulmast halinde N~Sa03 • 5 H.P verimi nedir'! Total su
Na,S.,O.,
Na,S.,03 • 5 H,O
Hidratasyon suyu
Su fazlast
100 k1Slm su fazlast i9in hidrat
kgr
kgr
kgr
kgr
kgr
kgr
~oze1ti
52
48
75,3
27,3
24,7
305
Son 90zelti
100
70
109,9
39,9
60,1
183
tlk
COziim. COzelti ba!;llangt!;ta 48 ktstm N~Sa03 ve 52 ktstm su ihtiva etmektedir. Sew kil 11·7 den (egri 3) 20°C da Na,S,03 fin ~oztintir!figfi, 100 k!Stm suda 70 k!Stm Na,S,0 3 olarak okunur. Bu de8erlerin, ktstm N~S:aOa. 5 H:P/100 kiSim su fazlast, ~ekline dOnti~tii riilmesi gereklidir. Bunun i9in, anhidr ve hidratize tuzlann molekiil a.S:trhklannm oram kullamltr. Bu oran N~~03 fNa\Z~03 • 5 H2 0 = 158/248 dir. COzeltinin ilk temperatiiriinden son temperatiiriine so8umasJ su fazlasmt etkilemez ve bu sebeple su fazlas1, kar~nla~tlrma i9in en uygun -komponentdir. Verimin elde olunabilmesi, tablonun son siitunundaki de~erle rin birbirlerinden ~akanlmas1 ile miimkiin olup; bunun de£:eri 305- 183 = 122 kgr Na ~0 • 2 3 5 H!lO dur. Bu ~erim, 100 kgr su fazlas1 olan, di£:er bir deyimle 100 + 305 = 405 kgr !;0zeltiden elde: oltinmu~tur. Vex:im-405 kgr s:Ozeltiden 122 kgr veya 100 kgr % 48 N~SeOa ihtiva eden ~Ozeltiden 30,2 kgr kiisttildir. Aym yoldan, di£:er baz1 hususlar da hesaplanabilir ve kgr hidratize tuz/100 kgr su fazlasi ile ifade olunan, tam bir ~Ozlinlirllik e&risi geli~tirilebilir.
11-15. F.dlerji bilan!lf)lan. Bir kristalizasyon operasyonunun venmrm hesap!amak igin, kiitle bilan~osunun kullamlmasma ililveten; giizeltinin son durumunu veya liizumlu sogutmanm miktanm hesaplamak igin, enerji bi_lan~ola rma ihtiyaQ vardrr. Sadece sogutmamn uygulandtgi ve evaporasyonun' meydana gelmedigi, kararh ~artlar altmda gah~an bir la-istalizasyon operasyonunu giiz
616
617
iiniine alahm. Swenson • Walker kristalizatiiriiniin ~ah§masma benzer bir operasyon §ekil 11-8 de §ematik olarak giisterilmektedir. Enerji bilan~osunu kurmak i~in, biri kristallerden olu§an katJ. faz ~eri de doymu§ ~iizelti olan, iki akunm kristalizatiirii terkettiginin g~sterilmesi?de fayda vardu. Ger~ekte doymu§ ~ii zelti ile kristaller bir kan§Im (magma) halinde kristalizatiirii terkederler.
q
Besleme
ciiz~ltis_i_ ~
i---+1----.
Doymus ciizelti [ t 2temperaturunde
-
hF
-
Omt:k 11-2. KristalizatOre 49°C da giren doymu, demir (II) stilfat gOzeltisinin sogutulmast ile, bir Swenson-Walker kristalizatOriinden 1 tonjsaat debide (FeS0 4 • 7 HzO) kristalleri elde olunmaktadir. KristalizatOrii terk eden ma8mamn temperatlirii 26,7°C d1r. COziinlirlillde ilgili bilgiler, ~ekil 11-9 da verilmi~tir. So~utma suyu kristalizatOr caketine 15,6°C da girmekte ve caketi 21,1 °C da terketmektedir. KristalixatOr i9in tiim ISI transfer katsayismm 171 kgr.ka!f(hr) (m") (0 C) oldugu kabul olunabilir. Kristalizatoriin her metresi (uzunluk olarak) 3,5 mtz so8utma yiizeyine sahiptir.
K~~~
t2 temperaturunde
~ekil 11~8. Swenson-Walker kristalizatOriine ait klitle ve tst bilan~osu.
Besleme alommm i~erisinde bulundugu §ilrtlar (temperatiir ve konsantrasyon) ve ~iizel~in ~a~ temperatiirii belirtilecek olursa, heR' kristalizatiirii terkeden doymu§ ~ozeltinm konsantrasyonu ve hem de krista1 veriroi belirtilmi§ olur. Bunun bir sonucu ol'!rak, biitiin alamlarm miktar ve konsantrasyonlari bilinillElktedir veya hesaplanabilirler. Enerji bilan~osu Bu e§itlikte
Fhp
= LhL + Chc+ q
gutrna esnasmda herhangi bir katJ. faz ciikelmesi olmamahdu. Bu Isiya, son temperatiirde bulunan a§'n doymu§ ciizeltiden kristallerin aynlmalan esnasmda aQiga Qikan ISllliU hesapJanan degeri iJave oJunmahdu. Krista!lemne ISISillill de• gerini bulmak gene! olarak miimkiin olmadJgi icin, bunun degeri tahmin olun· mahdu. Bu tahmin §U §ekilde yap1lrr 1: Seyrelme Isismm ilunal edilmesinden sonra, kristallenme ISlsmm, ciiziinme Isismm negatif degerine e§it oldugu kabul olunur. <;:iiziinme ISJSimn bulunmas1 daha kolaydn". ·
(11-1)
F = besleme alam1, kgrI saat L = ana ~iizelti, kgrjsaat C = kristaller, kgr/saat
q ·= sist~mden ahnan ts~ kgr.kal/saat h = akrrnlarm entalpileri, kgr.kalfkgr Konu ol~ sistem i~in, entalpi-konsantrasyon diyagranu §eklinde, entalpiler elde ~evcut 1se, tp·.alda§tmlmasi gereken Isi miktarmm.hesaplanmasi olduk~a basittu. Pek ~ok. durumlarda bu gibi bilgiler simriidu ve bu sebeple, liizumlu sogutrna miktarmm hesaplanmasi i~in yakla§Ik degerler veren metocllar kullam~· Kullam!a:ak m:t~d, bir. de~ec~ye kadar elde mevcut bilgi!ere baghdu, ~iin ku pek ~ok s1stem Igm gem§ bilg1 bnlmak hemen hemen miimkiin degildir. Bir las1m ~;iizeltilerin (ilgili lemperatiir alam icin) iizgiil ISilm bilinmekte ise ·bu bilgilerin ve ~iiziinme ISISimn kullamhnasi lie, liizumlc sogutrna miktar~ h _ s~pl~nmas~ ~~kiin olur. Orneg~ besleme· alam! i~in temperatiir biilges~ tumune a1t ozgiil Ismm bilindigini kabul edeliro. Sistemden uzakla§brilinas1 gereken ISimn miktar1, besleme akrrnm1 ilk temperatiiriinden ~on temperatiiriine kadar sogutrnak igin, gerekli lSI miktari olarak giiziiniine almabilir, fakat bu so-
(a)
LUzumlu so8utma suyu miktanm m3 /dakik.a olarak hesaplaymiZ.
(b)
Kullanllmasl gerekli
~istalizatOr
uzunlu8unu hesaplaymiZ.
CQziim. Verim, ~Oziiniirliik ile ilgili bilgilerden (~ekil 11-9 daki D e8risine bakmiZ) faydalamlarak hesaplanabilir. 49°C da doymu~ ~Ozelti, 100 kJSlm su fazlasmda 140 k1s1m FeS04 • 7 H:&O ve 26,7°C da ise, 100 k1sun su fazlasmda 74 klSlm FeS04 • 7 ~0 ihtiva etmektedir. Buna gOre verim, 100 kJSlm su fazlasmda 66 k1s1m FeS04 . 7 IfeO veya ilk ~Ozel tinin 240 k.Ismmda 66 ktstmdir. Besleme ak1mmm total miktan : (l.000)(240/66j = 3.635 kgrjsaat Liizumlu so8utmanm miktan, metodla bulunur.
~a8tda
Besleme aktmmm ortalama
ISI
verilen bilgilerden faydalamlarak, a9tklamas1 yaptlan
kapasitesi = 0,70 kgr.kal/(kgr)(°C)
18°C da PeSO,. 7 H,O nun ~oziinme ""'
=-
4.400 gr.kaljformil!-gr*
yukarda a~aklamalan yaptlan Bn kabulleri esas alarak FeS04 . 7 H2 0 nun kristalizasyon tstst = -(-4.400)/278 = 15,83 kgr.kal/kgr Bu del!erin 26,7°C i~in de kullamlabilece~ini kai)ui edelim. Bu durumda enerji dengesi q = (3:63'5}(0,70) (49 -26,7)
+ (1.000) (15,83) =
56.740
+ 15.830
q = 72.570 kgr.kQ1/saat
Lfizumlu soAutma suyunun miktan
72.570 (21,1- 15,6) (60) t
•
*
Perry, sahife 1052. Perry, sahife 246-248. Perry, sahife 247.
220 ltjdakika = 0,220 m3 /dakika
619
.., r
210
I ' ..::-! D , 'lfi::S 55
190
/
170
I !/ !/
""
Efi-~ l;.sq,~ '\: 5 0 45
/ 1/
0
I Egri
-~
F•StpHzt?
0
/
0
,/ /
E
j
60
4
I
/
4
3
I
49°C da doyrrtU§
/
30
/1
-rr~gri-o
25
F•SC!THIJ
V~"
50
0
.,... 0
/'
30 0
20
~ 10
20
30
40
50
Temperatlir
60
70
•c
ISI
tiansfer alaru (4-41) numarah C$itlikten hesaplamr. q=UA.l.tm
<1,11
= 49-21,1 = 27,9 .1 t
.l.t0
- ,c2..,:7''-cc9_1:.:1::.:,1'-cc m- ln(27,9jll,l)
A
= 26,7-15,6 = 11,1
18,3°C
72.570
= (171) (18,3) = 23 m•
KristalizatOriln her metresinin 3,5 m2 so&utma yii;:eyine sahip olmast sebebi ile, 23/3,5::::::: 7 m uzunlukta bir kristaliza!Ore ihtiya~ vard•r.
~i:izeltinin entalpisi,
h, = 4,34 kgr.kaljkgr
26,7•C da do}'IDU§ <;i:izeltinin entulpisi,
hL = -l,3S kgr.kaljkgr
49°C da FeSO,. 7H20 kristallerinin entalpisi,
he= -50,6 kgr.kaljkgr
yukandaki entalpiler referans hali olarak o•c da stvi su v:e yine o•c da kristal halinde anhidr FeS04 ii kabul ederler. Yukandaki degerleri (11,1) numarah e§itlige yerle§tirelim.
= (3.635)(4,34)- (2.635)(-1,33)--:- (1.000) (-50,6) q = 15.776 + 3.505 + 50.600 = 69.881 kgr.kaljkgr
q
15
Sekil 11-9. De~ir (II) siilfaun !;Oziiniirlii~li. A, B ve C e&rileri ah$lhDI$ $ek.ilde· D eArisi ise, 100 ktsim su fazlasmda kts1m hidrat olarak, yerle$tirilir., . ' Llizumlu
11-16. ·Entalpi- konsantrasyon diyagramlanmn kullamlmas•. (a) l;!ozelti ozgiiiisisimn temperatiir ve konsantrasyonla degi§imi, (b) katiya (kristale) ail ozgiil Ismm temperatiirle. degi§imi, (c) kristalizasyon ISIS! ve (d) farkh konsantrasyon. ve temperatiirlerdeki seyrelme ISIS! ile ilgili bilgiler elde mevcut oldugu takdirde, tam bir temperatiir-konsantrasyon-entalpi diyagrami <;izilebilir. Bu diyagram, ornek 11-2 dekine benzer' problemlerin <;Bziimiinii, ba•it ve lasa yoldan yapma imkilmm verir. Bu bilgilerin bulunmas1 olduk<;a zordur ve bu §e· kildeki bir divagramm .;izilmesi, ayn1 sistemle ilgili <;ok sa}'lda problemin <;iiziimiine ihtiya<; olmaSI halinde, faydah olur. $u anda ellmizde sadece ii<; sisteme ait diyagramlar vardu. Bunlar kalsiyum ldoriir1, magnezyum sulfat" ve demir (II) sulfat" sistemleridir. Dipnot 3 de ad1 ge<;en ara§tlrmanm vern1i§ oldugu bilgiler kullamlarak, iirnek 11-2 de <;iiziimii yapllan problemde luzumlu sogutmanm miktar1, basit ve k1sa bir yoldan hesaplanabilir. '
Bu sonu~ ·bir evvelki sonu<;tan ·%4 kadar daha kii<;iiktiir. Her iki metoda ait te· mel bilgilerden hangisinin daha fazla hassasiyete sahip oldugu sorusuna, kesin bir cevap vermek zordur. ~ekil 11-9 dakine beuzer, ~iiziiniirliikle ilgili bilgiler var oldugu zaman, iirnek 11-2 nin ilk .;oziimiinde uygulanan metod, e;,_ basit metoddur. Bunuula beraber (5-1) ve (5-2) veya (6-13) ve (6'-14) numarah e§itliklere benzer e§itlilderin yazllmas1 da miimkiindiir. Kararh §artlarm meydana gelmesinden sonra tiim kiitle ve komponent bilan<;olan a§~gidaki §ekilde yaZihrlar. 1
Hougen and Watson, o:Chemical Process Principles» John Wiley and Sons, Inc., New
York 1
3
(1943), cilt 2 sahife 281. Percy, sahife 1052. K.A. Kabe and E.J. Couch, Jr., Ind. Eng. Chern., 46: 377~381 (1954).
621
620 F~L+C
F xp
(11·2)
= L XL+ C xc
Kristaller heptahidrat seklindedirler. FeS04 lin molekiil a&trlt&t 151,9 ve heptahidratm ise 278 dir. Bu sebep1e,
(11·3)
151,9 278.0
Bu e§itliklerde: F = besleme alum•, kgrjsaat
Bulmus· oldui;umuz bu de&erleri (11-5) numarah esitlikteki yerlerine koyabm.
L =ana ~oz~lti, kgrjsaat
Aym
~ekilde
(11-4) numarah
e~itli~e
yerie!lirelim.
x = katj veya s•v• fazda ~oziinenin ag1rhk fraksiyonu
F= V
Anhidr tuzlar takdirinde xc = 1,00 ve kristalizasyon suyunun var olmas1 halinde xc nin degeri 1,00 den. azd1r. Bu metod pek s1k kullamlmaz. Fakat, bir las1m anhidr tuz/100 klSlm ~ozelti, §eklinde ifade olunan ~oziiniirliik egrisinden dogrudan dogruya faydalanmayi saglar. Entalpi-konsantrasyon diyagramlanmn var oldugu pek nadir hallerdc, konsantrasyon gene! 6Iarak aguhk fraksiyonu §eklinde verilir.
11-17. Adyabatik piiskiirtme. (fla~) ile sogutma yapan kristaliza.. torler. Vakum kristalizutorlerinde meydana gelen iiriiniin verimi ile ilgili problemler, sadece ~iiziiniirliik egrisi kullamlarak, ~oziilemezler. Entalpi bilan~osu ~iiziimii olduk~a basitle§tirir. Bu metod en iyi bir §ekilde a§agidaki iirnekten giiriilebilir. ()mek 11~3. Sekil 11-3 de gOrUlen tipte basit bir vakum kristalizatOrii, saatte 10.000 kgr FeS04 . 7 B:zO kristalleri liretmektedir. Besleme aktmt 100 lctstm total su i~erisinde 38,9 ktstm FeS04 ihtiva etmekte olup; kristalizatOre 70,4°C da girmektedir. KriStalizatOrdeki vakum, kristallenme temperatiiril 26,7°C olacak ~ekilde diizenlenm~tir. Ne k.adar (kgr/saat) beSleme akumna ihtiya~ vardtr?
CQzlim. Tiim kUtle bilan!;osu ve FeS04 bilan!;osu
(11-5) yukandaki ~itlikte V, kgrfsaat olarak buhar ve yJ buhar fazmda ~Oiiinenin a8IThk fraksiyonudur. Konsantrasyonlar do~rqdan do~ruya hesaplanabilirler.
=
°'
(11-6) Doymm; ~Ozeltinin, kristalizatOrii terkeden kristallerin ve besleme aktmmm entalpileril, asaA•daki gibidir.
hL
30,2 100 + 30,2
(26) (F) = (609) (V)
11, = 26 kgr.kal/kgr
+ (- 1,33) (L) + (~ 50,6) (10.000)
(11-7)
Kiitle ve enerji bilan~olanm gOsteren (11-4), (11-5) ve (11-7) numarah esitlikleri inceledi8imiz zaman, li!Y adet bilinmeyenin (F, V ve L) oldu~nu gOriiriiz. Bu U~ bilinmeyenin yukartdaki ij~ C$itlik yardtmt ile ~ziimij a$38;uia gQsterilmektedir.
(11-5) numarah
~itlikten
L
L nin bu
de~erini
(11-4) numarah
= 1,207 F - 23.530
e~itlikteki
V = F - 10.000- 1,207 F
Bundun sonra (11-7) numarah
yerine koyahm ve
+ 23.530 =
(11·8) ~itli~i
V ye gOre 90zelim.
13.530- 0,207 F
~itlikten,
26 F.= (609) (13.530- 0,207 F)- (1,33) (1,207 F-'- 23.530)- 506.000 26 F
= 7.775.000- 127,6 F
(11-8) ve (11·4) numarah
= 50.600
* 8
kgrfsaat
~itiikierden
L = 37.470 kgr/saat 1
= - - - - = 0232 '
he = - 50,6 kgr.kal/kgr
kgr.kalfkgr
A~trltk fraksiyonu olarak 0,232 FeS04 ihtiva eden doymu~ bir ~Ozeltinin kaynama temperatlirii yUkselmesi 0,89°C* tt dtr. Bu sebeple, ~Ozelti buhanmn entalpisi olarak doymu!'j su buharmtn 25,8°C daki entalpisi ahnabilir. Ciinkti ~In tsmmamn miktan · ihmal olunabilecek kadar azdlf. Bilinen deAetieri (11-5) numarah ~itii~e yerl0$1irelim.
26,7°C da bulunan doymu~ ~Ozelti 100 ktstm total su i~erisinde 30,2 ktstm FeS04 ihtiva etmektedir. Bu durumda, X L
= -1,33
F
280
+ L + 10.000
Adyabatik operasyon takdirinde, cihazla ~evresi arasmda herhangi bir tst ahs verisi olmadtib i~in. enerji bilan~osu asa8;tdaki gibidir.
~a~tdaki ~itlikte verilmektedir.
(11-4)
Xp
+ (0,232) (L) + (0,546) (10.000)
(0,280) (F)= 0
C = kristaller, kgr/saat
38,9 100 + 38,9
0,546
Kabe and Couch, lac. cit. Kabe and Couch, loc. cit. ICT, 3 : 325.
V
= 3.130 kgrfsaat
623
622 11-18. Adyabatlk pUskUrtme (fla§) ile sogutma yapan kristalizarorler i!)ln graflk !)iizllm. Yukandaki problem bir entalpi-konsantrasyon diyagrami iizerinde grafik olarak da giiziilebilir. Grafik goziim sonucunun dogruluk derecesi, biiyi.ik bir grafik haZJrlanmasi harig, matematik giiziim kadar degildir. Yalmz bu metodun faydah yonii, operasyonun giizoniinde. canlanmasma ve operasyon ~artlarmda meydana gelen degi§melerin etkilerini giirmeye, imkiln vermesidir. l;iekil 11-10, entalpi-konsantrasyon diy;tgrammm yukandaki problemle i!gili bir k1smnh giistermektedir. Bir evvelki entalpi-konsantrasyon diyagrammda oldngu gibi, burada da goziinenin konsantrasyonlan buhar fazmda (buhar
700 600
r\,HJ
Cl ZAoo \
300
{!200 :§.100 .1] c 0
w
-1000
Sekil 11-10.
gibidir. Buna benzer ~ekilde uzunluklarm oram (x, - XM) / (y - XM) veya (h,- hM!/(H- hM), bnharm besleme ak1mma oram gibidir. Baglanti dogrusunu giiz iiniine alahm, uzunluklarm oram (XM-XL)f(xe-XL), kristailerin tiim magmaya oram gibidir. Kristalizatiir basmCimn aym kalmas1 halinde, besleme ak1m1 temperatiiriinde meydana gelen degi§rr.enin etkisini kolayca giirmek miimkiindiir. Bu durumda, (x,, h,) nokta•1 di~mda kalan biitiin noktalar belirlidir. Bundan · ba~ka, sadece besleme alam1 entalpisi degi~me~edir ki; bu da (x,, h,) n•1ktasmm dii§CY bir dogru boyunca hareket edecegi anlamma gelir. Besleme alam1 temperatiirii 70,4"C in iizerine g1kacak olursa, (x,, h,) noktas1 yukan dogru hareket eder; (y , H) ve (x, , h,) noktalarmdan gegen dogru, (y , H) noktas1 etrafmda yukanya dogru kayar. Bu dogrunun baglanti dogrusu ile kesim noktas1 ise, sagda a~ag1ya dogru iner. Bu, kristal kiitlesinin inagma kiitlesine oranmm, biiyii· mesi demektir.
.
i\
\ 1\
c••. h.> Vc•,JtpJ
--,.
E'gri -A
:y
(lt,.hnll
30"C
'
C>
q 10 0,20 0,30 0.40 0,50 0,60 0.70 FeSO.{un a~1rl1k fraksiyonu
Omek 11-3 i!;in entalpi-konsantrasyon diyagramt.
damlacudan ta~Imad1g1 siirece s1f1r olmak iizere) y, s1v1 veya kati fazda (her iki halde de nygun olan althklar konularak) x ile gosterilir. Bubar fazmm entalpisi H, SIVI veya kat1 fazm entalpisi h (uygun alt!Ildarla) ile gosterilir. Enharm entalpi ve konsantrasyonu, diyagramm sol iist tarafmdaki nokta (H, y) ile giisterilir. Bubar faZI FeSO, ihtiva etmedigi igin (buharm gozelti damlaciklan ta~Imamasi bali) bu nokta, y ekseni iizerinde olmahd1r. Besleme ak1mmm konsantrasyon ve entalpisi (x,, h,) uoktasi ile giisterilir. Doymu~ giizelti (xL, hL) ve kristailer (xe, he) noktalan Ue diyagramda giisterilirler. Son iki noktay1 birle~tiren dogru 26, 7°C igin denge durumuna ait baglanti dogrus11dur. Kristalizatiirii terkeden magma, doymu~ gozelti ve kristailerin bir kan~1m1 oldugu igin, bu baglant1 dogrnsu iizerinde (xM, hM) noktasi bulunmahd1r. Bundan ba~ka, kristalizatiirii terkeden magma ile, yine kristalizatiirii terkeden buharm toplam1, besleme ak1m1m verdigi igin; bu nokta aym zamanda, buhar ile besleme akJmlanna ait noktalardan gegen dogru iizerinde yer almahd1r.. Bunun bir wnucu SIVI
ve
.I
... 500
~,;.
olarak, bu iki diiz dogrunun kesi~me noktas1 istenilen noktay1 verir. Uzunluklarm oram, magmanm besleme alamma or~m
Besleme alam1 temperatiir .ve konsantrasyonunun sabit tutu! up, gah§ma basmcmm {ve bu sebeple temperatiiriiniin) dii§iiriildiigii bir kristalizasyon operasyonunu giiz iinjine alahm. Bu durumda, bnhar fazmm entalpisi bira'z azahr; buna bagh olarak da, (y, H) noktas1 biraz a~ag1ya kayar. Bu durum en i:inemli etkisini, doymu§ giizeltinin ent~lpi ve konsantrasyo;,nnu giisteren nokta iizerinde gi:isterir. Bu nokta, doymu~ gi:izeltileri giisteren A. egrisi iizerinde, sola dogru kayar. Bundan b~~ka, FeSO,. 7H20 nun entalpisi azaldigi igin, x = 0,546 ile giisterilen du~ey dogru iizerinde (xe, he) noktas1 a~afP.ya dogru iner. Bunun bir sonucu olarak da (xM, hM) noktas1 sagda a~ag1ya dofP.u kayar; bu, kristal kiitlesinin maj!ma kiitlesine oranmm artmas1 demektir. 11-19. Krlstallzasyon teorlsi - genel olarak. Kristaiierin meydana gelme ve· biiyiimeleri ile ilgili mekanizmanm anla~dm1~ ohnas1, teorinin pratik maksatlarla kristalizasyon operasyonuna uygulanmasmda biiyiik bir iinem ta§Ir. Dikkatle kontrol edilen ~artlar altmda, bu konuda pek gok gah~a yap1hn1§ ve bu §artlarla ilgili iinemli say1da teori geli~tirilmi§tir. Bir yanda, yapdan bu deneyler ve' diger yanda, endiistride kazandan tecri.ibeler arasmdaki fark. 0 kadar biiyiikti.ir ki, bunlardan kantitatif bir netice g1karmak ve bunu, endiistriyel kristalizatorlerin projeleudirilmderinde uygulamak mi.imkiin degildir. Hattii kali-
(j25
624
tatif sonuQ]ar, biiyiik kapasiteli Qah§malara pek nadir hallerde uygulanabilmektedir. Kristalizasyon operasyonunun iki kademede meydana geldigi dii§iiniilebilir. Bunlar kristal Qekirdegi te§ekkiilii ve bunur. biiyiimesidir. Kristalizasyonun meydana geldigi 9iizelti, kristallenecek maddey~ veya diger bir yabanc1 maddeye a;t kati parQaCik!ar ihtiva etmiyorsa, kristal biiyiimesinden once kristal Qekirdekciklerinin meydana gelmesi ba§lamahdir. ~ ym zamanda, diger kristal ~ekirdekciklerinin var olmas1 ve biiyiimeleri haHnde de, kristal Qekirdekciklerinin meydana gelmeleri devam edebilir. Kristalizasyon ile ilgili tarb§malarm pek Qogunda Miers'in a§m doygunluk teorisi yer ahr1• 11-20. Mlers'in ll!llrl doygunluk teorisL Sekil 11-11 deki egrileri goz· oniine alahm. AB egrisi normal Qiiziiniirliik (denge) egrisidir ve kab haldeki QO• ziinen maddenin, QOziicii ile dengede bulunabilecegi maksimum Qiizelti konsantrasyonunu giisterir. Bu egri aym zamanda, a§m doyuruhnu§ Qi>zeltiden kristallenmenin meydana gelecegi en yiiksek ilmit degerini de giistermektedir. Konsantrasyon ve temperatiirii C noktasi ile gosterilen As1r.1 .. t··uk F <;:ozunur bir Qiizelti, okla gosterilen do~ul egrisi tuda sogutulacak olursa, ·ilk once D Qiiziiniirliik egrisini geQer ve bu an.Ia kristallenmenin ba~lamas1 -gerekir. Sadece kristallemnesi iste' nilen kab maddeler degil, katt· haldeki biitiin yabanc1 maddelerden de temizlenmi§ olan saf bir ciizelti, dikkatli bir §ekilde sogutulacak olursa, soguma yoniinii gosteren do~u AB e~isini kestigi ve cO~kil 11~11. Miers in ~1r1 doygunluk teorisi: zelti onemli derecede a§m sogu• A.B, normal ~Oziinlirliik e~risi; FG, ru}In ~SOzli halde, · kristallenme ba§ladugu nUrlilk e~risi; CDE, sogutma halinde ~zelti nin izledigi yo!. maz. Miers teorisine gore, D noktasmm yalanlarmda bir noktada kristallenme ba§lar ve bu esnada Qiizelti konsantrasyonu, yakla§Ik olarak J)E egrisini izler.
t
Kati parQaciklanmn ~ozeltide var olmamasi halinde FG e~isi (a~lrt ~ozii niirliJk eil;risi diye adlandmhr), birdenbire ve kendiliginden, kri~tal Qekirdekcik-
lerinin meydana gelmey~ ba§ladigi limit degerleri gosterir. Bunun bir sonucu olarak bu noktada kristallenme ha§lar. Miers teorisine gore, bu noktamn yalan o!mast halinde (CD do~usu boyunca herhangi bir durumda), kristal gekirdekcikleri meydana gelmez ve kristallemne ba§lamaz. 11-21. Kristal !:tlklrdekclklerinln oltl§umu. Krista! gekirniine ahnacak olursa, meydana gelen olay yakla§tk olarak §U §ekilde dii§iiniilebilir. Hem giizenin ve hem de goziinenin molekiilleri, QOzelti i~erisindeki hareketlerinde farkh yollan izlerler. Molekiillerin bu hareketi esnasmda ~oziinen molekiillerden hi! grup, tesadiifen biraraya gelir ve kar§Ihk!I ~e kim tesirleri sebobi ile, aralarmda birle§irler. Ayrtca, bunlarm birbirlerinden uzakla§malarmt. gerektiren kuvvetler de vard!f. Bu gruplar veya kiimeler ~ok ge~lci olabilirler. A§m doygunlul.!un miktan yiikseldik~e. tesadiifen meydana gelen bu gruplar daha az geQici olabilirler ve bunlardan bazdarmda bu yerle§im devamhhk kazamr ve kristal biiyiimesi i~in bir ba§langt~ olabilirler. Giizle giiriilebilir bir biiyiikliige eri§ir eri§mez bunlarm ~oziiniirliikleri, kendilerinden kii~iik olan ge~ici gruplara oranla daha az olur ve btl sebeple, biiyiimeye de,. vam edebilir ve Qevresindeki Q6ziinen molekiilleri absorplar. 11-22. Miers teorisinin snurlamalan.. Krista! ~ekirdeklerinin meydana gelmeleri ile ilgili bu §ekildeki bir a~Iklama, gergek a§m ~oziiniirliik e~isi FG ile ilgili tahminleri, nadiren Lakh ~tkam. Bu konudaki gene! egilim, kritik a§m ~iiziiniirliik smlflan iQin, bir dogru yerine bir alamn kabul edilmesi §eklindedir. Ornegin, a§lfl QOZiiniirliik egrisinin oldukQa altmda dahi, yeteri kadar uzun bir zaman iQerisinde, kristal Qekirdeginin meydana geleceginin bilinmesidir1 . Krista! Qekirdekciklerinin meydana gelmeleri, ~iiziinen komponent molekiillerinin tesadiifen ~arpi§malarma ve bu Qarpi§malann, uzun Bmtirlii molekiil kiimeleri olu§turmalan'!a bagh ise, QDzelti hacmi arttikQa bu Qarpt§malarm saytsi ve dolaym ile' kristal ~ekirdekciklerinin meydana geln1e §ansi da artacakhr·. Bunun ger~ek oldugu bulunmu§tui'. Diger bir deyimle biiyiik hacimdeki cozeltilerde, kiiQiik hacimdeki Qiizeltilere oranla, kristal gekirdekciklerinin olu§umu, daha Qabuktur. Krista! ~ekirdekciginin olu§umu, Qiiziinen komponent molekiillerinin devamh bir kiimelenme vermek iizere birbirleri ile birle§melerine bagh oldt\~U siirece, FG gibi herhangi bir kesin ~izginin ~izilebilecegi §iiphelidir. U ygula'?ada bu husus bir problem olmakta devam etinektedir. 1
1
H.A. Miers and (MiSi) F. Isaacs, J. Chern. Soc., 89:413-454 (1906); Sir H.A. Miers, lnst. Metals (London), sahife 331-350 (1927).
G.W. Preckshot ve G.G. Brown, Ind. Eng. Chern., 44: 1314-1320 (1952). • L. C. Coppet, Ann. Cllim. Phys .• ser. 8,10:457 (1907); H. E. Buckley, .Crystal Growth,> John Wiley and Sons, Iuc., New York (1951).
t. c;&talla!j -
Kimya Mlihcndisligine Gir4
F. 40
626
627
~u ana kadar yaprm§ oldugumuz a~Iklamalar, giizeltilerin sadece saf ~iizen ve saf ~iiziinenden oln§tuklan, ~oziinen veya diii;er bit yabanCI rnadde olarak, kat! par~aCik!arm ortamda bulunmadil!I §artlna dayanrnaktad1r. Tekrar tekrar yapdan denernelerden giiriildiiii;ii iizere kab. par~ac1klar (buularm giiziinene ait olrnas1 gerekmez), kristal ~ekirdekcikleri gorevi yaparlar. Endiistriyel ~ah§ma larda giizeltilerin hava ile ternas1 iiulenemez ve bu hava, iiretilen rnaddenin tozu ile dopdoludur. Bu sebeple, giiziinene ait rnilyonlarca par~ac1k, g(jzelti igerisine dii§er. Atmosferik kirlenrneden korunmak arnac1 ile yapdmi§ kapah cihazlarda bile, kristal pargaCilclan dhaz igerisinde kalular. Bundan ba§ka kat! pargaciklarm kristallenecek rnaddeye ait olmalari gerekmez, herhangi bir kat! madde de kristal gekirdekcigi gorevini yapabilir. Yabanc1 kat! pargaCiklarma ait kristal kafesinin, kristallendirilmesi istenilen giiziinrnii§ maddeye ait kristal kafesine oldukc;a benzer olmas1 da aynca istenilir'. Fakat pek fazla zorunlu deg;ildir, giinkii goziiniirliig;ii olmayan tozlarm kolloidal·ve amorf pargaCiklari da kristal gekirdekcikleri gorevini yaparlar". ·
Miers'in a§lfl goziinfuliik e!1;risini (eii;er boyle bir §ey var ise) doii;rulamak igin, her tiirlii kat1 pargac1klardan tamamiyle annrni§6Saf gozeltilerle Qi!h§Ilmasi zorunludur. (a) zaman yeteri kadar uzun, (b) gozelti haCIUi yeteri kadar biiyiik, (c) goziinen madde veya. (d) yabanc1 madde pargaCiklarmm (kolloidal veya amorf halde bile) toz §eklinde Qozeltiye girm~si rniinlkiin olduii;u takditde, kristalizasyon rneydana gelebilir. Endiistriyel gah§rnalar goz oniine ahnacak olursa, Miers teorisine gore var olan FG eii;risi, artlk yoktur. Pratik gah§malarm gosterdig;ine gore a§!fl giiziiniirliik derecesinin biiyiimesi oranmda (diii;er bir deyimle gBzelti konsantrasyonunun. C den D ye kaymas1 oramnda), kristal gekirdeklerinin oln§um imkllulan artar; ister tesadiifen i~ter kendiliii;inden olu§rnn§ olsun, kristal gekirdeginin biiyiimesi h1zlanu. Bununla beraber, Miers teorisinin deii;eri, §U iki qoktay1 agik11!1;a kavu§turmasmdadJr. Bunlardan birincisi, a§l.ll doygunluii;un biiyiikliig;ii oranmda kristal gekirdekciklerinin oln§Urn §anslarmm fazla olmasi ve ikilicisi ise, a§Iri doygunluk belirli bir smm a§tlgi zaman kristal gekirdekcikleri oln§umunun son derece h1zh bir §ekilde meydana gelmesidir.
11-23. Krlstal bliylime debisl. Endiistriyel kristalizasyon operasyonlarmda, hornojen ve istenilcn bir biiyiikliiii;e sahip kristallerin elde edilmekri arzu edildigi igin, kristalizasyoa operasyonu esnasmda milyonlarca kristal gekirdekcigi te§ekkiil edecek olursa, bunlan istenilen biiyiikliiii;e eri§tirecek kadar goziinen, giizeltide var olmayabilir. Bu durumda bir miktar biiyiimii§ kristaller giizeltide suspansiyon hillinde birakdmah ve giizelti igerisinde dola§lffil saii;lanmahdJr. Bunun bir sonucu olarak endiistriyel kristaliza~yon operasyonlarmda, 1
•
M. Telkes, Ind. Eng. Chern., 44: 1308-1310 (1952); Preckshot and Brown, loc. cit. C.N. Hinschelwood and H. Hartley, Phil. Mag., ser. 6,43 : 78-94 (1922).
kristal gekirdekcilcleri ,olu§umunun ve bunlarm istenilen biiyiikliik s1mrlan igerisinde biiyiimeye devam etrnelerinin ·kontrol edilmesi de aynca arzu edihnektedir. Krista! gekirdekcigi bir kere olu§np biiyiimeye ba§ladiktan sonra, kristal biiyiime debisi ile ilgili kanunlar bugiin dahi tamamiyle anla§Ilamamaktadtr. Biiyiimeyi kontrol eden faktoriin, goziinen komponentin giizelti igerisinde, gozelti esas kiitlesinden fazlarm temas yiizeyine, difiizyon debisi olduii;u dii§iiniilebilir. Bu gergekse, kristalin biitiin yiizeylerinde biiyiime debisi aym biiyiikliikte olrnabdir. Pratikte bunun boyle olrnadigi ve kristalin fark!t yiizeylerinde biiyiirnenin birbirinden farkl1 olduii;u goriiliir. Aynca giiziinen komponentin, gozelti esas kiitlesinden fazlarm temas yiizeyine difiizyonu, operasyonu kontrol eden faktiir jse, viskozitenin artmas1 halinde kristal biiyiirnesi yava§layacaktlr. <;iinkii viskozitedeki bu artma goziinenin kristal yiizeyine difiizlemne debisini azalt!r. Bir kisllll kristalizasyon operasyoularmda bunun do!1;ru olrnadJgi ve kristalizasyonun, ~ozelti viskozitesir,e bagh bulumnadi!1;1 giiriilmii§tiir'. Bunun bir sonucu olarak, bir kiSim kristalizasyon operasyonlarmda gozeltiden gelen kat! haldeki rnolekiillerin, kristal kafesini meydjllla getirmek iizere yerle§tilcleri hususunun kabulii gerekmektedir Kat! molekiiUer giizelti igerisindeki bu goglerinde bir direnQle kar§Ila§Irlar. Molekiillerin, fazlar arasmdaki gergek yiizeye yerle§iminde kar§da§Ilan direncin, goziinenin fazlar araSI yiizeye difiizyonunu· etkileyen faktiirlere iistiin gelecek kadar biiyiik olduii;u gi:iriiliir. Bu her hal igin dog;ru deii;ildir ve . bir ka~ oz~l hal igin, difiizyon htzmm etkilendig;i goriiliir. ,YukarJdakntgJk!amalardan da goriilecegi gibi, bugiin igin kristal gekirdekciklerinin nasi! ol.,§tuklan ve nasi! biiyiidiikleri konusunda pek fazla bir~ey bilinmernektedir. Shf gozeltilerle ve erinli§ karJ§unlardan saf maddelerin kristallendirilmeleri ile ilgili, pek gok say1da gah:ima yapdmi§trr. Fakat bunlann higbirisinden pratik gah§malarda kullandmaya deii;er "i
11-24. Vaknm krlstallzatorleri lle llgill teori, temperatlir- konsantrasyon bagmWan . .Onceki ki~IIl)larda agddamasJ yap1lan teori, kristalizasyon operasyonu ile ilgili problemlerin gene! olarak anla§Ilrnasmda bir deger ta§ir; ne bu teori ve ne de yaymlanan diii;er ga!I§rnalar, kristalizatiirlerin gergek projelendirilmelerine ve gah§ma §ekillerinin tamamiyle anla§drnasma in:ikiln vermezler. Teori bir miktar fazla teferruata kagmi§ olabilir. Bununla beraber vakum kristalizatiirlerinde rr:eydana gelen olaylann anla§Ilmasi ve vakum kristaliza!Orlerinin gah§malarma tesir eden faktorlerin neler oldug;u konusund~ faydah olmaktad1r. 1
A. Van Hook and F. Frulla, Ind. Eng. Chern., 44:1305-1308 (1952).
629 628
ISibct Jmllanmayan ve ma~mayt kristalizator iQerisinde dola§ttra~ bir kristaliz~ti:ire (§ekil 11-4) ait operasyon denemeleri, §ekil 11-12 ~~~ ile acrklaabilir'. AB e~risi konumuz olan maddenin. Qi:iziiniirliik ej1;ristdtr. 1 numarab n nokta, kristalizati:irii terk eden doytnu§ Qi:izeltinin· temperatiir ve konsantrasyoB nunu gi:istermektedir. Bu Qozelti ile birlikte bulunan kristallerin, besleme aklllllmn giri§i ile maddenin kristalizati:ir govdesi iQerisine bo§alblmast arasmda gecen klsa zamanda i:inemli derecede Q~----------~----Temperatur- mn konsanthsyon ve temperatiiriinii gi:istermektedir. Besleme aktmt ile kris$ekil 11-12. Vakum kristalizatOrlerinde talizati:ir iQerisinde dola§brrtan ana coba~mt!lan: AB, temperatUr-konsantrasyon zeltinin kan§brllmasmdan olu§an yem ~llzUnUrllik e~risi. cozeltinin temperatiir - konsantrasyonu ise 3 numarah nokta ile gi:isterilir. <;ozelti ozgiil tstsmm de~i§imi ve kan§ma" dan meydana gelen 1s1 etkisi onemsenmeyecek kadar ise, 1, 2 ve 3 numarab noktalar diiz bir dowu iizerinde yer alular. 1-3 ve 3-2 uzuululdanmn oram, besleme Qozeltisi a~trh~mm dola§ttrllan ana cozelti a~rh~a oram gibidir.
t
'~
2 numarah nokta ile gi:isterilen besleme aklm1 temperatiir ve konsantrasyoimna ba~h olarak 8 numarah nokta, AB e~risinin doytnallll§ veya a§tn doymu§ ta- . rafmda bulunabilir. A§m doymu§ tarafmda bulunmakta ise AB ewisine o kadar yakln bulunmaktadtr ki, bu noktada onemli derecede bir_ kri~tall~nme -~e!.dana. gelmez. K~istalizatorde yakum oldu~u icin, s1v1 faz krtstaliz~tore -~u.s~er?k girer". Di~er bir deyimle, bir miktar .buharla§ma olur, fakat gozl: g~riilur krts, tallenme meydana gelmeden once piiskiirme i§lemi son bulur. Puskiirme sonu" cunda meydana gelecek temperatiir dii§mesi, Qozelti konsantrasyonu kristal cekirdekciklerinin kendili~inden olu§tugu a§trl doygunluk biilgesi iQerisine girme• 1
11
Pek ~ok durumlarda entalpi-konsantrasyon diyagramlan bulunmadtAt i~in, bir temperatlir-konsantrasyon diyagr~t kullanllmaktadtr. Aym kalitatif sonuca entalpi-konsantrasyon tt'tyagranu kullanllarak da ul~dabilir. KristalizatOriin yapth:,; gere~i, dolw;.tm.lan ~Ozelti Uzerinde hidrostatik bir basm9 var:.. dtr ve bu basm9, ~Ozeltinin sadece kristalizatOriin buhar bOlfimiinde piiski.irmesirie im~ , kAn verir.
yecek §ekilde, bir ayatamaya tahi tutulur. <;ozdti piiskiirerek kristalizatore girdi~i icin temperatiirii dii§er, · fakat bultarla§mamn meydana gelmesi sebebiyle konsantrasyonu bir miktar Yiiksellr. 4 numarab nokta 3 numarab noktaya oraula · biraz daha btiyiik bir konsantrasyona sahip olmahdtr. Diger bir deyimle, 3-4 do~rusunun egimi, sol yukan dowudur. Piiskiirmeden sonra, ~ozelti 4 numarab nokta ile belirlenen degerleri ahnca, ortamda var olan kristallerin yiizeyinde I biiyiime kolonunu terkeden ana Qi:izeltiN '0 UL__ _ _ _ _.:..__ __ nin temperatiir ve konsantras)lonunu; 2 nuniara ise, besleme Qozeltisinin temperemper;;d:urratiir ve konsantrasyonunn giistermektedirler. Bn iki aktm tsttletya girmeden on- Sekil llw13. Biiyiime tipi kristalizatOrlerde ce, pompa giri§inde kart§tmhrlar ve ka- temperatiir~konsantrasyon ba!1:mtllan: AB 90ziiniirliik e8risi. rt§un 8 numarah nokta ile gi:isterilen temperatiir ve konsantrasyona sahip olur. Bununla beraber, bu diyagram §ekil 11-12 de gosterilenden far~tdtr. <;iinkii biiyiime tipi kristalizatorlerin tslbetlarmda maddc, bir miktar bekletilir ve 3 numarab nokta ile gosterilen Qi:izelti icerisindeki :biitiin katl maddelerin (bir suspansiyon halinde) coztinmeleri iQin mttbr. Bu sebeple, 1s1tma operasyonu 3-5 dogrusu ile gosterilir ve bu do~runun egimi sag yuk~'' yoniindedir. <;iinkii kristallerin Qiiziinmesi ~ozelti konsantrasyonunu yiikseltlr. Isttllmt§ ve kristallerden kurtartlmt§ cozelti -~ numaralt nokta ile gosterilir ve bu durumda kristalizatOr iQerisine piiskiirerek girer. Bu piiskiirme ci:izelti konsantrasyonunu yiikseltir ve bu sebeple, 5 numarah noktadan 4 numarah noktaya uzanan dowunun egimi sol yukan yiiniindedir. Kristalizati:iriin piiskiirme biiliimiinde te§ekkiil eden a§m-doytnn§ Qozelti, miimkiin olan Qabuklukla kristal biiyiime kolonuna ahmr ve bu kolonda, kristallerin Qokelmesi 4-1 dogrultusunda. meydana gelir.
631 630
11-25. . Operasyon degl§kenlerinln etkisl- magma yoguruugu. l;iekil 11-12 ve §ekilll-13 iin grafik hesaplama metoduna esas te§kil edemiycceklerinin belirtilmesinde fayda vardrr Bunlar sadece bu iki ci4azda meydana gelen deiti§meleri gozoniine serinek am~Cl ile meydana getirilmi§Jerdiro Vakum kristalizatiirleri gene! goriinii§leri ile, devamh ~ah§an diizenli bir operasyon ohnakla beraber; belirli bir miktar ~ozelti giizoniine almd1g, takdirde, operasyonun dola§unh tipte oldugu anla§illr o Kristalizator giivdesini terkeden ana ~tizelti, besleme ~iizeltisi ile kari§tmhr ve kristalizatoriin buhar boliimiine pilskiirerek girmesi saglamro Bu esnada bir taraftan konsantrasyonun artmas1, diger taraftan cozelti temperatilrilniin azahnas1 meydana gelir, kristal ~qkehnesi olur ve ana ~ozelti dola§Im devresine veriliro Bu §ekildeki bir dola§un periyodunun .uzunlugu, sistemde bulunan total SIVI hacminin, dola§rm debisine boliinmesf ile bulunuro Boyle bir dola§rm devres~ kristalizatoriin i~erisinde bulunduitu §artlara olduk~a baghdrro Bu §ekildeki bir dola§Im periyodu §ekilll-14 de goste0
0
tulur, DE egrisi boyunca kristalizasyon azahr, E noktasmda kristalizatorii terkeder ve yeni bir dola§tm devresine ba§laro FG ile gosterilen ku§ak, a§m doygunlugun, hiZh bir Qekirdek te§ekkiiliine sebep olahilecek kadar yilksek oldug, bir alant giistermektediro Bu ku§agm yeri ve biiyiikliiitii herhangi belirli bir · ciizelti icin bilinememektediro <;;iinkii onceki ktstmlarda actklandtgt gibi, saytslz faktorlere baghdtro Bir cizgi yerine bir ku§ak §eklinde gosterilmesinin nedenleri bu ktstmda actklanacakttro Thlla§tm periyodu devan1 ettigi silrece bu ku§ak, sag a§ag, bir e~im giisterir <;;iiukii, daha once de a~tklandtg, gibi, zaman uzadtlq;a bilinen bir ciizeltide. meydana gelen ·cekiJ!dekciklerin saylSl artaro Endiistriyel gah§malarda, kristalizatiiriin icerisinde bulundugu §artlann, bu bandm gosterdiiti degerlerin altmda tutuhnast isteniliro Aksi takdirde htzh bir cekirdek olu§UtnU meydana gelir, kristallerin istenilen bir biiyiikliige biiyiimeleri yerine daha fazla saytda cekirdekcik meydana geliro 0
Birinl ciizelti hacmine ait kristal yiizeyinin miktan pek fa:ila olursa, kristalizator icerisinde meydana gelen degi§inl daha ziyade AH] yolunu izleyecektiro <;;ozeltj icerisinde fazla miktarda kab madde bulunmast ciizeltinin, CD egnsi ile gosterilen, yiiksek dereceli a§tn doyguuluga eri§mesini iinlero Biiyiik kristal yiizeyinin var olmasi, giizelti bir miktar a§m doygun hale. gelir gelmez, kristal biiyiimesine inlkil.n veriro Biiyiik kristal yiizeylerinin elde olunmast iki §ekilde miimkiin. olur: birincisi, pek cok say:tda ufaCik kristal cekirdekcilderinin ortamda var ohnas1; ikincisi ise, magmamn koyu bir halde (ana cozelti icerisinde fazla kab faz ohnast) bulunmasl(hro 0
Zaman~~kil 11-140
Vakum kristaliza!Orlerinde dol~llll periyodlan: CDE, normal dol~•m periyodu; ABI, koyu ma~ma ile dol~= periyodu; FG, hLZh kristal ~kirdekciAi ol~um alamo
rihnektediro Zaman yatay eksen, konsantrasyon ise dii§ey eksen boyunca yer a!mt§lardrro AB dogrusu, kristalizatorden c•kt§ temperatilriinde doymu§ ~ozeltiyi o giist..'!mektediro Madde C noktast ile belirlenen §artlarda kristalizatiire girero Kristalizatiir bubar biiliimiine piiskiirdilgii anda konsantrasyonu D noktast ile gosterilen degere yiikselir ve bu esnada onemli derecede a§m-doymu§ olur o Kristalizatiir icerisinde yukan~ a§agtya dogru inerken a§m doygunluktan kur-
ZamanValrum kristalizatorlerinde dol~1m pcriyodlan-ihce maA!DllDUl ctkisi: KIMNP, miimk.Un olan periyod; KLNP, muhtemel periyod. $ekil 11-150
632 633
C:ok ince bir magmamn sonucu §ekil 11-15 de gosterilmektedir. A§m doygunlu~un, tekbir dola§IID periyodunda tamamen ortadan kaldm.lamamasi sebebi ile madde ikinci doia§rm periyoduna, §ekil11-14 de gosterilen 5artlar altmdakine . . or'lnla, daba yiiksek bir a§m doygunluk derecesinde girer. Bundan sonra kristalizator govdesi i~erisinde meydana gelen piiskiirme ~ozelti konsantrasyoim, luzh bir §ekilde kristal ~ekirdekcil\lerinin olu§tui?;u bolge i~erisine sokar. Bu durumda cozeltinin izleyecej?;i dii§iiniilen yo! KLMNP olmayip, KLNP dir. Bunun sonunda cozeltide pek cok sayida ufak kristaller meydana ·gelir. ve kristalizasyon iiriinii Q§lfl derecede ufak tanecikli olur. Digl'r taraftan, iiriiniin cok ince taneli olmasi istenilmekte ise, piiskiirme derecesi artmlarak bu husus elde olunur. Bu genellikle vakumun artmlmas1 ve son denge temperatiiriiniin dii§iiriilmesi demektir. Bu suretle piiskiiren cozelti, kristal cekirdekciklerinin hizli bir §~kilde meydana geldii?;i bolge icerisine girer. ·
11-26. Operasyon degi§kenlerinln etklsl - do)8§1m ·deblsl. Dola§rm periyodlarmda yaptlacak ktsaltmamn etkisi §ekil 11-16 da goriilmektedir. Bu ktsaltma, kristalizator icerisilldeki cozelti hacmini azaltarak {pratikte, piiskiirnie odasmdaki siV1 seviyesini dii§iirerek bu sonuca varilir) veya ciizelti dola§rm debisini arhrarak yaptlabilir. ~ekil11-16 daki iist d!Zi, §ekil 11-14 deki CDE e~ risinden ba§ka bir§ey del(ildir. ~ekil 11-16 ·daki ikinci dizinin gosterdil(i gibi, dola§rm periyodu ktsaltt!acak olursa, a§m doygun.luktan tamamen kurtn.lacak yeterli zaman bn.lunamaz. C:ozelti bu periyodun sonunda, §ekil 11-14 ·de g&terilen ej?;rilerden, daha yliksek bir a§m doygunlul(a eri§ir. Piiskiirmenin miktari, {piiskiirme sebebi ile meydana gelen a§lri doygunlul(un miktar1) 6nceki del(erinde tutulacak olursa· ·el(ri, periyodun ba§langrcmda daha yliksek bir seviyeye eri§mek 'iizere yiiksehneye ,ba§: lar ve devren~n ortalarmda, en yliksek seviyesine ula§Ir. ~ekil 11-16 daki ikinci dizi .el(riler, istenilmeyen bir durumu gosterirler. C:iinkii dola§Im periyodunun
~~alttlmasi .egrilerin, lnzh cekirdek olu§umunun meydana geldigi alana dol(ru, yliksehnelerme yo! acar. Periyodun daha fazla ktsalttlmas1 egrilerin bu alan icer~~ine .gir_m~sine sehep olur ve qu durum §ekil 11-16 da iiciincii dizi el(rilerle gosterilmi§tir. Son durum, hie de istenilmeyeQ bir sonucun elde olunmasma sebep olur. C:ok sayida ·ufak tanecikli kristaller meydana gelir ve iiriin cok ince bir yapi gosterir. Sekil 11-16 daki iic dizi el(rileri birbirleri ile kar§tla§hracak olursak, periyod zamammn· uzati!masi ile ufak kiistallerin olu§urnlartmn onlenebilecegini goriiriiz. Zam~m uzanhnasi, ya kristaliz'ator govdesi icerisindeki s1v1 seviyesinin yiikseltilmesi veya dola§Im pompas1 luzmm azaltiliuas1 ile temin · olunabilir.
11-2'7. Operasyon §8rilarmm etkisi- bUyiime tipi krismlizatorler. Biiyiinle tipi kristalizatoriin (§ekil11-16) icerisinde bn.lundugu §artlar §ekil 11-17 de gosterilmektedir. Bu diyagramda da;· daha once yapiidigi gibi, zaman yatay eksen iizerine; konsantrasyon ise, dii§ey eksen iizerine yerle§tirilmi§tir. <;:ozelti, A noktas1 ile gosterildigl gibi, piiskiirme (fla§) odasma doyiDami§ olarak girer ve oldukca geni§ Zlqllan smular1 ·icerisinde, piiskiirme ile konsantrasyonu ·~ ylikselir. Piiskiirme periyodunun sonun- ~ + .o a luzli kristallenme alamna girmeden, A piiskiirme odasmdan miimkiin olan en ktsa yolla, biiyiime kolonuna transferi §eklindedir. Bu transferin, BC dol(rusu $ekil 11-17. Bliyiime tipi bir kristalizaWrile gosterilen §artlar altmda yaptlrugilll de mubtemel periyud: AB, ·pliskUrme (fl~) periyodu; BC. transfer periyodu; CD. biikabul edelim ve C noktast, luzli kristal- yiim.e periyodu; DE. tek.rar Jsttma periyo-lemne alam altmda bn.lunsun. Biiyiime du. kolonunda Q§Irl doygunlugun cozeltide~ uzalda§hriliuasi, CD egrisi ile gosterilmektedir. C:ozelti D noktas1 lie giisterilen konsantrasyona eri§tigi zaman biiyiime kolonunu terkeder, besleme co· zeltisi ile kari§hrilir (§ekilde gosterilmemi§tir) ve ISitiCidan ge9irllir. Is1tma, sadece cozeltide suspansiyon halinde kahni§ olan biitiin ufak kristallerin · coziin~e~ini ..tam~~lamak icin degil: fakat aym zamanda, E noktaru: ile gosterildigi gibi, cozeltiyt doymamt§ yapmak icin uygn.lamr. Bundan sonra piiskiirme odasma alilllr Ve Onceki periyodJardan SiraSI iJe gecer. ,
i
1
Devir 1jiekil 11-16. Vakum kristaliza!Orlerinde meydana gelen muhtemel periyodlar; periyud sUresinin etkisi.
634
635
Sekil 11.17 de aQiklanan fikirlerin ilgi Qekici bir §ekilde ~ogrulanmasi §':· kil 11-18 de gosterilmektedir. Bu, biiyiime tipi bir "kristalizatorde yapi!an brr denemeye aittir ve belirli bir cQJ elek tarafmdan tutulacak bii100 1so saniye yiikliikte kristallerin iiretimi is~ tenilmekt~dir. Elegi geQen c-c v,!::f ' maddeniu viizdesi (istenilen bii:;;::-. yiikli.ige sahip olmay_an kristal~ QJ QJ ~c ler; bunlar yeni ba§tan goziinQJ ::> meli ve operasyona sokulmah,_ E Li::J d~r ), §ekilde dik eksen iizerine ~ :=-c i§aretlenmi§tir. Egriler B nok1-:::; tasindan C noktasma geQi§ QJ ~ m miiddetinin, kristal biiyiikliigii0 0 2. 3 ... ne etkisini gostermektedirler. Asllama yatagmda Gegi§ miiddeti 150 saniye ise, bi.iyi.ime zamam (saat) istenilen biiyiiklilkteki kristallerin miktari %8 den fazla olaSekil 11-18. Bliylime tipi bir kristalizatOrlin ~ab~ma maz. Biiyiime kolonunda k:llma sma, ge~i$ miiddetinin etkisi. zamam ne kadar biiyiik olursa olsun, maddenin %92 si tekrar kristalizasyon periyoduna sokulmahdrr. GeQi§ miiddeti 25 saniyeye dii§iiriilecek olursa, biiyiime kolonundaki 3 saatlik bir bekletme, maddenin %90 mm istenilen biiyiikliikteki kristal!eri tutmaya yarayan elek iizerinde kalmasmi ve %10 unun ise, tekrar kristalizasyon periyoduna donmesihi saglar. Krista! yatagmda kalma siiresi, herhangi bir kristalin bu yataktaki bekleme siiresi (kristal yataguidaki kristallerin total ag,rhg1mn, kristalizat
·:o
•~
••
. \' l"'-
...
I'-
~ "'1'----
--
--
r-
• •
11-28. Operasyon §artlannm etklsi- srmrlamalar. Adyabatik vakum kristalizatorlerinin Qah§masma etki eden ve heniiz a<;Iklamasim yapmachg1m1z iki faktOr daha 'Vardir. ilk faktor, magma (kristalizatorii terkeden) iQerisindeki kristallerin QOZeltiye hacim oramd1r ve bu oran, magma kristalizatOrden pompa ile Qekilemeyecek kadar biiyiik olmamahd1r. <;ah§ma §artlan, bu oranm iist slum a§llmayacak §ekilde diizenlenmelidir. Bu iist limit sistemden sisteme onemli derecede degi~mekle beraber, 1 klSlm kristal 4 klSlm Qozelti genellikle uygundur. <;ok nadir hallerde, 1 kiSlm kristal 2 klSlm Qiizelti kullaniidigi da olur. ikinci faktor, · kristalizatiir iQin seQileu Qah§ma te!fiperatiiriidiir. Tempera'i:iir yiikseldikQe iiriin verirni artar. Temperatiiriin artmasi ile basinQ da a;tacagi i<;in kristalizatoriin buhar boliimiine ait Qap biiyiiyecektir. Basmcm azalmas1 ile destekleme nozhlu iQin kUIIamlan su buhan miktarmda bir artma olursa da,
bu ·~enel _ol_arak iinemli bir faktor degildir. GerQek Qah§ma temperatiirii, liizumlu mhaz IQ~. yap'!"': yatmm ve i§letm9 giderlerine ait hesaplamalan esas aJ r 1 ve temperatur seQira~ total giderlerin minimum degerine gore yap1hr. 11-29. Kristallerin topralrlanmas1. Krista! yap1sma sahip maddelerle yapii_an Qaii§malarda s1k s1k kar§Iia§Iian bir problem, kristallerin topaklanmas 1 v: ~-" k':k meyd.ana getirmek yoniindeki egilimleridir. Bu durumla daha Qok, buyu~. ~Iktardaki depolail!alarda ve varil §eklindeki ambalajlarda kar§Ua§Ihrsa da, kuQuk paketler iQerisinde sati!an kristalize maddeler iQin de en cidd1 b · problemdir. Kri~t-aller gev§ek topaklar halindedii ve parmaklar arasma ahp e;: mekle_ dai1;Iti!abi11r veya bu dag1tma oldukQa biiyiik bir gii.;> ister. Ahci!arm istekler~ madd':'_nin_ ~olayl~.kl~ akacak bir §ekilde olmas1d1r. Bu sebeple, kristal topaklam;naSI uretwiler yominden onemli bir problemdir.
.... ~1-30.. Kritik rutubet (nem). Suyun buhar basmcmm, suyun temperatur~ ~~~ sab1t _Jahnmasl~~ benzer §ekilde, bir giizeltinin buhar basmc1 da temperaturu 1le sab1t kllmab1hr. Yalmz Qozeltinin buhar basmc1 suyun buhar basmcmdan biraz azdu. Doymu§ bir Qozelti, iQerisindeki su buhanmn lasmi basmm suyun aym temperatiiriindeki buhar basmcmdan az olan bir hava ile temasa getirilecek olursa, Qiizelti buharla§Ir; Diger taraftan hava bu sm1r degerden daha yiiksek rutubete sahip olursa, Qiizelti havadan su absorplamaya ba§lar ve bu absorblama, Qiizeltinin buhar basmc~ 3u buhaumn hava iQerisindeki kiSmi basmCI?li e§it oluncaya kadar, devam eder ve bu esnada Qozelti seyrelir. <;oziinebilen bir tuzun kristalleri h~va ile temasta bulunur ve bu hava, doymu§ Qiizelti ile dengede bulundug;u de11;erden daha az su ihtiva ederse, kristaller kuru ka!Ir C:iink~, kristaller bir ~6zelti filrni ile sanlmi§ olsalar bile, Q5zelti buharla§acak~ tJ.r. D1ger taraftan kristaller, doymu§ Qiizelti ile dengt~ degerinden daha fazla, su buharma sahip bir hava ile temasa getirilecek olurlarsa, kristaller rutubet ahr_ ve Islan~rlar. Bunun sonunda kristaller, once tamamen Qiiziiniir ve sonra, hava de dengeye eri§en bir Qozelti haline geQer. Oda temperatiiriinde belirli bir Qiizeitinin buhar basmm, aym temperatiirlerdeki s~yun b~a~ basmmmn hernen hemen sabit bir yiizdesi olacak §ekilde, temperaturle degi§Ir. Orne11;i~ 21,1•c da doyrnu§. sodyum kloriir Q6zeltisinin buhar basmc1 14,63 mm, suyun ise 18,76 mm dir. Doymn§ Qiizelti tuz kristallerini bir film halinde 6rtmii§ ise, su buharmm hava igerisindeki lasmi basmm 14,63 mm den az olmad1kc;a bu kristalleri kurutmak miimkiin de11;ildir. 14,68 mm (14,63/~8, 76) · 100 = %78 reidtif rutubet demektir. Bu sebeple,. havanm rellltif rutubeb, %78 den az olmad1g1 takdirde, 21,1•c da tuzu kurutmak miimkiin olamaz. Bu. oran, pek fazla temperatiir de11;i§mesi olmad1g1 takdirde oldukQa sabittir. _Eger 21YC ~~ bulunan tuz %78 den daha yiiksek relatif r~tubete sahip hava ile temasa getmlecek olursa, hava iQerisindeki su buharmm Jasmi basmc1
636
doymu§ tuz gozeltisinin aym temperatiirdeki buhar basmcmdan fazla oldug~ igin, rutubetin tuz kristalleri iizerinde yogunla§mast gerekir. %78 den fazla reldtif rutubete sahip havamn temas1 uzayacak olursa, tuztm hepsi goziinecektir. Sa£ sodyum kloriir %78 den daha az reliltif rutubete sahip hava ile temasa gelecek olursa, tuz kuru kahr. Yukandaki agtklamalardan kat! halde bulunan bir tuzun kritik rutubeti (nemi) kavram1 g1kanhr. Bu rutubetin iistiindeki bir rutubette tuz nemlenir ve altmdaki bir rutubette tuz daima kuru kahr. Kristaller, aynlmt§ bulunduklart ana gozeltiden gelen bir lostm yabanci maddelerle ortiilmii§ olurlarsa, kritik ru. tubet sa£ tuzuukine oranla daha az veya daha fazla olabilir. Bu. yabanct maddelerin konumuz olan tuzdgn daha az veya daha fazla bqhar basmcma sahip olmasma baghdtr. Ornegin, sodyum kloriir kristalleri (goziinmeyen ve bu sebeple inert olan kalsiyum sulfattan farklt olarak) iizerinde goguululda bulunan yabanCI maddeler kalsiyum ve magnezyum kloriirleridir. Bu tuzlar, sodyum kloriirden gok daha az buhar basmcma sahip Qozeltiler meydana getirirler. Bu sebeple, endiistride kullamlan sodyum kloriiriin kritik rutubeti %78 den azdtr. Endiistriyel safhktaki kristalize maddelerin kritik rutubetleri, sa£ maddelerin kritik rutubetlerinden oldukga farkhchr.
11-81. TopaJdanmamn onlenmesL Sodyunt kloriir, once kendisinin .kritik rutubetinden daha yiiksek ve sonra daha az reliltif rutubete sahip hava ile, kisa bir miiddet temasa gehni§ olsun. Bu i§lemin ilk periyodunda bir miktar rutubet absorblayacak; ikinci periyodunda ise, bu rutt.beti kaybedecektir. Kristaller biiyiik oldugu takdirde, hava ile temas noktalan oldtlkQa az ve kristaller arasmdaki serbest hacim ise oldukga biiyiiktiir. Hava ile. temasa gelme siiresi gok fazla ohnamas1 halinde, goziinme ve tekrar buharla§madan ileri gelen kristallerin birbirlerine yapt§mast ola)il, onemli bir derecede meydana gehneyecektir. Diger taraftan kristallerin kendileri ve kristaller aras1 ·serbest hacirn ufak olur; aynca, kristaller rutubetli hava ile uzun miiddet temasta kalacak olurlarsa, kristaller aras1 -bo§luklar absorblanan hava rutubetiuin meydana getirdigi gO. zelti ile tamamen dolar. Bu' gozelti buharla§acak olursa, kristaller kat! bir kiitle meydana getirmek iizere birbirlerine yapt§Irlar. Bunun bir sonucu olarak kristal topaklanmasmm onlenmesi istenirse, §U §artlar yerine getirilmelidir. Birincisi, miimkiin olan en yiiksek kritik rutubet; ikincisi, muntazam biiyiikliige sahip tanecikler (bunlar maksimum biiyiikliikte serbest hacme ve en az saytda temas noktasma sahip olmahdtrlar) ve iigiinciisii, rutubet absorblama ozelligine sahip in,ert bir tozla kristal yiizeylerinin ortiihneleridir.
637
·
.t
bo§luklarm yuzdesm1 buyutrnek Igmk buy 'kl de b.u ·• · go"riir Belirli bir kris· b ·· "'klii te tanec1 er 1•1 · runlugu yoktur, muntazam nyu . le muntazarn kristaller takdirinde, 1 tal §ekli ve biiyiikliik balornm:a~ ~~:~ ~iiyiiJdii!liine ba!lh degildir. Krista! kristaller aras1 bo§luklarm yiiz est, "'h's . d bo§luklarm yiizdesi h1zla azahr. kl t m olmamas1 a1m e, pargact armmufrnunk aza 'kl biiyiik taneciklere oranla birim hacirnde daha fazDi!!er taraftan a tanect er, I daha fazla topaklanma egilirni gosla ternas noktasma sahiptirler ve bu selbep e, I bularnaz. Bu imnuda iki ornek " .. .. her zarnan uygu ama a am terirler. uguncu gare rn oksid veya trikalsiyum fosfat verilebilir. Birincisi, yemek tuzul~udn ::'~~~zyu kloriiriiriin (%25 H,O), anhidr ile; ikincisi ise, yaprakmklar ha m e ,, a styum
1
.. .. akm bir crime ternperatiiriikalsiynm kloriir ile kaplanrnastchr. . • 1 da temperaturune Y . Bir klSlm hidrabze tuz ar o . . tern eratiirde saklarr.ak gerekir. Bune sahiptirler. Buulan eriye~e~eceK~erttllbir a as~ serbest haemin yiizdesi biiyiik . . . d d...... gegerhdir. ns a er r rad>t da aym U§UOU§ . 'n temas noktalarimn sa)iiSI az tse, enmt§ rna ak d laytst ile topaklanrna olrnayaveya birbirlerine kom§u krtstallen de kristalleri birbirlerine ba!!lanam~ya~. d v~ ~ azaltthr ve kristallerin temas cakttr. Kristaller atast serbest hac::;t~:r ~;r~~lerine yapi§arak topaldamrlar. noktalan gok artmlacak ?lursh lind k' 'nert maddelerle kaplayarak, topaklanBu dururnda bile kristaller~ toz a le 11 kd' . de toz madde tuzun kendisinbil' H'd tlze ·tuz ar ta Irm ' rna ktsmen oulenel yo u '·rr]e·. eldl e r:dllebilir. Bu takdirde pek ince olan yiizey tabakast den kurutulma dehidratize olur. ADLANDIRMA
= 1st transfer ylizeyi, c = kristaller, kgrfsaat
A
m"
·= besleme akmn, kgrfsaat .. h = \;OZe!tinin veya kristallerin entalpiSt, kgr.kal/kgr H buharm entalpisi, kgr.kalfkgr L = ana.cOzelti, kgrfsaat q :;; 1st transfer deb'lSJ,· kgr,. kalfsaat ~ ) (m") (oC) U = ti.im tst 'transfer katsayist, kgr.kal/(hr F
=
V = buhar, kgrfsaat. .. . kristal icerisindeki a~t~bk fraksiyonu x = anhidr gO~en~n, gozelttfveyadak' ~uhk fraksiyonu (\=oAunlukla stftr) 1 ~ Y = anhidr !;<.izUnemn buhar azm At tst transferi igin temperatUr farkt, C
=
Altlzklar
!Ik §art (maksirnum kritik rutubet) genellikle yabanm maddelerin uzalda§tmhnasi ile gergekle§tirilebilir. Yemek tuzu igin, kalsiyuqa klorii~ veya tuz, asidik bir gozeltide te§ekkiil etmi§ ise, serbest asidin uzakla§tmlmast §eklindedir.
'len tnaddeden daha dii§iik kritik ru-
b ddelerin esas IS em <;:o~nlukla. yald anc1 ' tamamen t esa diif''t bir •eydir kl rna .. iiliir Bu • . Kristaller aras1 tubete sahip ~ u . a~I ~.or.. · . . .. iik kristallerin meydana getirilmesi zo-
c = kristaller F = besleme akunt L \;Ozelti m = logaritmik ortalama
=
638
639
PROBLEMLER 11-1. ~ekil 11-19 kristalize potasyom nitrat elde olunan bir sistemi g3stermektedir. ·Bununla iJgili bilgiler ~a81da verilmi~tir.
11-4. Omek 11-2 nin ktistalizatOrii, demir (II) sulfatm doymu!o' bir !;Ozeltisi ile beslenmektedir. Bu !;Ozelti, ·% 10 luk bir !;Ozelti kullamlarak. problem 11-1 de gOsterilen cihazlardan elde olunmu~tur. Ne gibi bir de~;i~ikli~e ihtiya~ vard1r?
Besleme aktmr. il_..u 10 KN03 ihtiva eden ve 26,7°C da bulunan 10.000 kgrjsaat debiye sahip bir !;Ozelti. Bu problemdeki blitlin ~Ozeltiler i~in Ozglil ISI 0,8 abnacakttr. KN03 Un kristaUenme gizli tstSI 85 kgr.kalfkgr dtr.
11-5. Yukandaki 11-1 nolu problemin evaporatOriinii terk eden !;Ozelti,·i~rcrisinde 20 mm Hg de~erinde vakum olan bir vak.um kristalizatOriine gOnderilmektedir. Verim ne kadar olacaktlr?
EvaporatOr. tki tesirli. Birinci tesire" gOnderilen su buhan 0,7 kgr/ctn= (gey!;); ikinci tesirde vakum 91,6 mm Hg (muttak). Kondensat doygunluk temperatUriinde evaporatOrii terk etmektedir. K.aynama temperatiirii yiikselmesi birinci tesirde 6,11 °C ve ikinci tesirde 5,56°C d1r. IS! transfer katsay!Sl birinci tesirde 1.950 ve ikinci tesirde 1.585 kgr.kal/(ni')(hr)(°C) dtr. Birinci tesiri terkeden !tOzelti '% 55 KN03 ihtiva etmektedir. EvaporatOrlerin lSI transfer alanlan e~ittir.
11-6. 0,3 a~trhk fraksiyonunda FeS04 ihtiva eden .ve 70,4°C da bulunan ,bir ~zelti den, devamlt !fah11an adyabatik bir vakum kristalizatOrii kullamlarak FeS04 • 7 ~0 kristallerinin iiretilmesi istenilmektedir. A~trltk yUzdesi olarak % 35 kristal ihtiva eden bir magma elde edebilmek i~in, liizumlu ~alt!,lma basmcmt hesaplayJDlZ.
su kondansor
~ekil
11-19.
Problem 11-1 in ak1m diyagram1.
KondensOr. Ters aktmla !;3h$an temas tipi barometrilt kondensOr. SoAutma suyu koridensOre 26,7°C da girmekte ve 46,3°C da terketmektedir. Kristallza{Or. Swenson-Walker tipi. 1st transfer katsaytsi 1:}'0. S~tma suyu 26,7°C da girmekte ve 71 °C da terketmektedir. Birinci tesirden gelen ~Ozelti kaynama. temperatiiriinde. kristalizatOrU beslemekte ve 38°C da kristalizatOrii terk etmektedir. SantrifUjii terk eden ana ~Ozelti 38°C dtl evaporatOre geri dOnmektedir. (a) Ne uzunlukta bir kristalizatore ihtiY•I' vardFr (bir metre uzun!nkta kristalizatorUn 1 m!3 lSI transfer yiizeyine sahip olduAunu kabul ediniz)? (b) EvaporatorUn "' transfer yilzeyi ka> ni' dir? (c) Su bubanmn kilograrm 17 kuru$ ve si.J.yun m3 li 90 kuru$ olduAuna g5re, bir ton UrUn elde edebilmek i~in su ve su buhar1 giderlerini hesaplaymtZ. 11-2. Ana !;Ozelti ikinci tesirin besle~ ak1mma verilecek olursa, problem 1 (c) de be-lirtilen ~letme giderleri bundan ne !$Ckilde etkilenir? 11-3. KristalizatOrli terk eden so~tma -suyu temperatUrU 60°C a indirilecek olursa, kristalizatOr ktstmlarmdan ka~ tane eksilir? Bir kristalizatOr ktsmt 90.000 TI... ve sabit gi-. · derler senede '% 15 ise, yukandaki dlizenlemede bir de~i!,likli~e ihtiya~ var midtr?
64! 640 1. Kum filtreleri (a) (b)
2.
Bolum 12
SOZME 12-1. Konnya girl§. Katdarm siVllardan ayrdrnas1 ile ilgili gene! problem, katilann karakterine ve kan~rmda buluna1i kati-sivl oranma bagl! o~ iizere, farkh operasyonlarla ~oziimlenebilir. Katlnm miktan slVlya oraula olduk~a az ise, operasyona gene! olarak siizme .(filtra>yon) ad! verilir. Suspansiyon d urumunda olan kat:uun yiizdesi yiikseldikge, operasyon ya sJa~tlrma (presleme) veya santrifiijleme ile gergekle~tirilebilir. Aynca uzakla~tirdmasi istenilen kati· nm miktan gok fazla ve kat1 par~aCJklar1 da gok kii~ijk ise yirie santrifiije ba~ vurulur. Siizme diye adlandmlan operasyon, kati!arm s1vdardan aynlmasm1 temin eden diger herhangi bir operasyondan gok daha fazla onem ta§lruj!! igin, santrifiij operasyonuna oraula daha fazla ·iizerinde durulacak ve a~anacaktlr. Bu konunun karakteristik olan yam, kullandan biitiin cihazlann hemen hemen tamamen endiistriyel uygulamalara dayandarak geli§tirilmi~ olmalan ve teori ile herhangi bir bagmtdar1 bulunmamasidrr. Bunun bir sonucu olarak siizme igin kullamlan cihazlarm gok ~e§itli tipleri vard1r ve bunlar, siizge~ (filtre) k-ullanan 'endiistri kollarmm ozel mekanik isteklerini kar~amak iizere yapdmi§· lardrr. Bu biiliimde once onendi siizgeQ tiplerinin yapih§lan agiklanacak, sonra bir lasnn siizme operasyonunun gene! iizellikleri i'izerinde durulacak ve nihayet teoriye yer 'verilecektir. Santrifiij <;ihazlari ile ilgili agiklamalar yapdacak ve lasaca teorisine deginilecektir. Siizme teorisi ile ilgili oldukga fazla matematik bagmtllar larrupnu~ olmasma ragmen, elde mevcut teorilerin endiistriyel problemlere. uygulanmalan bugiin igin bile kan§ik!Ij!!m muhafaza etlnektedir. Bunun ba~hca sebebi, siiziilmesi istenilen kat! pargac1klarm biiyiikliikleri, ~ekilleri ve ozelliklerinin kesinlikle tesbit edilememelerindeki zorluklardrr. Buruar bir an igin tesbit olunsa bile, bir operasyondan digerine ve giinden giine degi§mektedir.
12-2. Flltrelerln Sllllflandmlmasl. <;:ok ~~idi siizme cihazlarmm bulunmasi sebebi ile, biitiin bilinen siizgeg tiplerini kapsamma alacak basit bir SImflamanm yapilmasi, miirnkiin degildir. A~aj!!daki smiflama tam olmamakla beraber en iinenili siizgeg tiplerini kapsamaktad!r.
Basm!;lt
Filtrepresler (a) Hilcreli (b)
3.
A~Ik
Plaka ve
~er~eveli
1)Ukamah
1
) a~tk bo~alunh tip ~ yUmmasiZ \ ( kapah b~ahmh tip
Levha yaptlt filtreler (a). Moore (b) Kelly (c) Sweetland
4. DOner devamll filtreler (a) Silindirik (b) Tabaka yapth (c) Vstten beslemeli
12-3. Kum :f"lltreleri. · En basit siizgeQ, alt lasm1 delikli olan ve ge~~ek bir §ekildP kunda doldurulan, tahtadan yap~lmi§ bir £1~1 §eklindedir. Ta~am~~ hu tipde olan filtreier uzun zamandan ben kullamlmakla ?eraber, bu.~ . filtreleri daha bclirli ve standard bir §ekil almi§lardtr. Ozelhkle sivilar I~e.n~mde bul nan az · miktardaki kat!larm uzakla§ttnlmasmda kullamhrlar. Bu g1b1 d~· r~arda minimum bir yatmm ve gider kar§digi, gok bliyiik hacimde SIVI suziilmii~
olur. Sekil 12-1, buhar kazanlarma verilecek veya benze: ma~s~tl~rla kulland~ cak snlarm sliziilmelerinde kullan!lan basmch bir kum filtresim gosterme~tedrr. Filtre tankmm dibinde, ya ikinci bir tabana otmtulmu§ veya gok kath brr ya-Ia bir •ekilde ba"lanmi~ gok sayida siizme.ba§hklan A vard1r. Buruar t aga sag m , "' d s·· 1 · ·· pirin~ten yap!ltm§ olup, yan ylizeylerinde dar yar~klar var 1r. uzge~ erm uzerinde birka~ santimetre yiikseklikte orta biiyiikliige sahip ~akll ta~lan veya ta§ Ianklan vardu. Bunun iizerinde ise esas filtreyi te~kil eden kum yer ahr. Ku~ tabakasmm kahnhj!! 0,6 ilil 1,2 m arasmda olabilir. Siizme i§lemi esnas~~da su· · ·st nilen su' kuin yata"'mn su ak1m1 tarafmdan kan~tinlmasim onlemek z iilmesll e .,. h .. d il" amaci ile, kum tabakasmm iistiinde yeralan bir dag1tma lev asma gon er. 1r. Su alt Iasrmdaki siizgeci ge~erek dipte birikir ve buradan d!§Rrl ahnu. S1VI ~~e risiudeki kat1 pargac1klar (~iikeltiler), slizmeyi yava§latacak §ekilde bir tikamnaya sebep olurlarsa, ters yikama yapdarak pargactklar kumdan uzakla§tlnhr. Bu operasyon, yikama suyunu siizgecin a!tma giindermek ve bu suyun, a§ai/;Id~ yukanya dogru yiikse!mesini Ve esas giri~ borusund~n. ru§Rfl ~llanRSIUI !emm etmek sureti ile uygulamr. Bu §ekilde ele ge~en su, bu I§e yaramayan artik s~ dur. Bu tip kum filtreleri sadece, yukar1da agiklanmasi yapda~ ter.s y~kam.~ ~!e kumdan uzakla§tmlmalan miimkiin olan kat! pargactklarm (~ozeltilerm) suzul-
t. f;;atalta$ - Kimya
MUhendisli~ine Gir~
F. 41
642
643
meleri i~in kullamhr. Jelatin yaplSinda olan veya kum taneciklerinin etrafmt bir tabaka halinde saran ve ters ytkama ile uzakla§tinlmalan miimkiin olmayan, kati par~actklarm SIVIdan uzakla§tinhnalan iQin kum filtreler uygun degildir.
ha cok §ehir sularmm siiziilmesi igin kullamhrlar. Bunun yanmd~ ~l\g•t fabrikalan cok biiyiik hacimlerde berrak suya ihtiyag duyarlar ve bu g1hl yerlerde de iizerleri ag1k kum filtrelerinin kugamlmalan uygun olur.
Baktm ve bo!;altma kapagt I
+arttk Seidl 12-2.
Sekil 12-1.
Basmc;h kum filtreleri: A, siizme ba~hklan.
Basmgh kum filtrelerinin boru baglant!lan tamamiyle standard bir dunnn alIDI§ oJup, §ekiJ 12-2 de gosteri!Jnektedir. Buhar kazanlan iQin be.sleme suyu .saglayan orta biiyiikliikte bir ·kum filtreshiin kapasitesi, 8 ilil 16 litre/(m3 siizme· yiizeyi ala";l)(dakika) d1r. <;ok biiyiik hacimde suyun siiziilmesi igin, gok saytda basmgh kum filtresine ihtiyag hils!l olur. Bunun bir sonucu olarak, a91k veya hzzZ. siizen. kum filtresi diy~ adlandmlan diger bir tip filtre geli§tirilmi§tir. <;ah§ma §ekli gene! olarak §ekil 12-1 de gosterilene benzer; yalmz kum, kapah bir §ekilde yap!lm!§ basmgh tank yerine iistleri ag1k ve betondan yap1hn1§ tanklar igerisinde bulunur. Bu tip filtreler da-
Basmc;h kum filtrelerinin born ba~lantilan.
12-4. Koagulantlarm (plhtlla§tJ.nCIIarm) Imlla.mlmasi. Uzakla§tinlmast istenilen madde miktarmm cok az veya bu m&.ddeye ait taneciklerin ~ok ufak olmas1 gibi durumlarla s1k s1k kar§!la§Illf ve bu gibi durumlarda, kum filtreleri ile buulan uzakla§tirmak miimkiin olmaz. Organik maddelerin yer alruj!J prosesletde, ·kullani!an sud~n. ileri gelen balrteryel enfeksiyon meydana gelebilir ve bu gibi maksatlarla knllamlan snlar kum filtrelerinden siiziilerek bakterilerden kurtarJ!amazjar. Boyle bir durumla kar§Ua§Ildi;tmda, siizmeden once s~> i~erisine bir koagulantm ililve edilmesi ve bir miiddet bekledikten sonra siiz, menin yap!lmas1 uygun olur. Bu koagulant ya demir (III) sulfat veya aliiminynm sulfattir. Her iki tuz da suyun alkalitesi yarduru ile hidroliz olurlar; demil: veya aliiminyum hidroksitlerden ibaret olan, yumaklar §eklinde bir gi:ikelme meydana getirirler. Bu yumaklar suspensiyon halinde kat! pargaCJklan ve hattil bakterileri absorblarlar. Meydana gelen ve bir klSim maddeleri absorblayan bu yumaklar, bir kum filtresi ile siiziilebilirler.
644 12-5. Flltrepresler. Filtrelerin en eski standard yapt §ekli filtrepres!erdir. Bunlann binlercesi §U anda endiistride kullamlmakta alup, <;ak de~i§ik yapllt§ta a!aulan vardtr. Fakat bu de~i§iklikler, ozellikleri iizerinde pek az etki yapar. Bu filtrelerin en onenili iki tipinden biri hiicfeli filtrtler, di~eri ise plaka ve <;er<;eveli filtrelerdir. 12-6. Hlicrell flltreler. Filtrepresin .en basi! v" en ncuz tipine hiicreli filtre adt verilir. Hiicreyi meydana getiren bir levhanm onden goriinii§ii, §ekil 12-3 de gosterilmektedir. Bn §ekilM de MM da~rusu ile gosterilen lasma ait tipik bir kesit yaptsi, §ekil 12-4 de gosterilmektedir. Esas dt§ gortinii§, §ekil l2-5 de (lastm 12-7) gosterilen filtrepres A A ile aymc:hr. Do!=e demirden yapllmt§ a~tr ve sablt ba§hk, uygun alan bir <;er<;eveye oturtulmn§ ve iizerine, liizunllu born b.a~!antllan yapthnt§tir. Bn ba§hktan Qikan iki yatay <;ubnk, cihazm di~er ucundaki, <;er<;eveye ba~lannn!>lardtr. ,Sekil 12-3. Hlicreli filtreprese ait bir Bunlar §ekil 12-3 de gosterilcn lailplar plaka; A, kulplar; B, besleme kanah; C, A yardtmt ile plakalan ta§rrlar. Plakag•kl~ delikleri. lar gene! olarak dolane demirden yapilnn§ oJup, 30 ila 90 em uzunluk (<;apraz alarak) ve 12 mm kahnh~a sahiptirler. Dt§ kenarlar esas plaka govdesinden 10 ila 25 mm yiiksekliktedir. Plakalar kare veya claire §eklinde olabilirler. Her plakamn merkezinde bir delik vardtr ve bu delik, beslemenin yapllnn§ aldugu ba§hk ile bagmtthdir. Her bir plakamn iizerine, plakanm merkezindeki de!ik kadar biiyiiklii~e sahip bir 9elik a<;llmt§ alan, siizge<; bezi gecirilir. Siizge<; bezi plaka iizerine, bilezikler B yardtmr ile ba~ lamr; bilezikler ise birbir!erine ya vidalamrlar veya birbideriae ge<;me ile kilit,Jcnirler. Bunlar kuma§t a§a~rya dagru cekerek gererler ve kuma§tn (yakla§rk olarak §ekil .12-4 de gosterilene benzer) plaka etrafmda §ekillenmesine sebep olur!ar. Biitiin plakalar ynkartda a<;tk!anan §ekilde kuma§la kaplandrktan sanra, bunlan.n hemen arkasma a~tr bir ardct plaka yerle§tirilir. Bu plakabr, bir hidralik basm<; cihazt veya ai,;'lr bir vida yardtmt ile, stla!arak biraraya getirilider. Siizge<; kuma§t, birbirine kom§u alan plakalartn kenarlan arasmda, conta vazi: fesi goriir. Siiziilmesi istenilen madde, bir pampa ile siizgec ba§h~mm merkezindeki kanala gonderilir ve siizgec bezlerinin arasmdaki biitiin bo§luklart daldurur. Maddenin pampalanmasma devam edilecek alursa ,siizgeg bezini gecer ve plakalar iizerindeki oluklardan a§a~t do~rn akarak, plakalarm alt lasnnna
645
act!mt§ deliklerden C gecer ve gtkt§ baglantt!arma girer. Bu dt§art <;tla§lar gene! olarak ag1k bir olu~a bo§altr. BaSin<; altmdaki siizgec bez~ §ekil 12-4 de gosterildi~i gibi, plakalarm yiize) i iizerine do~ru itilir. Yiikseltilmi§ kenarlarm ar~smda meydana ge!en bo§luk, siizge<; bezi iizerinde toplanan katt parcactk!arm olu§turdugu kek tarafmdan doldurulur. Kekin kahnhl;t, yiikseltilmi§ kenarlarm yiiksekli~i ile smrrlanmt§ltr. Plakalar arasmdaki bo§ln~u dolduracak kadar kek meydana geldi~i zaman, plakalan stkt§tlran vida gev§etilir. Ard plaka, ta§tma <;nbuklan iizerinde geri <;ekilir ve plakalar, yerlerinden QIkarilarak kekden temizlenir. Yukartda actkramast yapilan tipin cok de~i§ik §ekilleri vardtr. Besleme, merkezdeki kana! yerine bir yan kana! yalu ile yapilabilir. Ba§ahna ba~!an tt!arr agrk bir oluk yerine kapah bir boruya verilebilir. Bu de~i§ikliklerin hic biri <;ah§ma prensiplerini etkilemez. Hiicreli filtrelerde kekin yrka~mast miimkiin de~ildir. Kekin siizgec bezi iizerinden tamamen abmnasr oldnk<;a zordur ve en onemlisi de, siizge<; bezlerinde meydana gelen a§mmamn fazla ahnastc:hr.
~ekill2-4. $ekil 12-3 lin MM kesiti: B, halka ~ekilli delik; C saki$ delikleri.
12-7. Plaka ve !)Cr!)evell slizge!,'ler. Filtrepreslerin daha kullam§h ve daba geni§ kullamlma alanma sahip olan §ekli, plaka ve <;erceveli (bazan yiizyiize plaka diye de adlanc:hnbr) filtrepreslerdir. Bu cihaz, kenarlarr biraz yiik-
$ekil 12-5. Plaka ve gergeveli filtrepres.
seltihni§ plakalar ve icleri bo§ <;ergevelerden yapllmt§ oluj>, hiicreli filtrelerdekiae benzer yaprda, biraraya getirilmi§lerdir. Bu §<:ki!deki bir plaka ve <;ergeveli siizgecin yandan goriinii§ii §ekil 12-5 de, plaka ve ~ergevelerin onden goriinii§ii
647 646 §ekil12-6 i:la ve §ekil 12-6 daki BB kesitinin uzunlamasma bir giiriinii~ii ise, §ekil12-7 de giisterilmektedir. Bu §ekildeki bir filtrepresin kurulU§U esnasmda her plakanm yiizii siizgeg bezi ile kaplarur, fakat bu i§ <;>ergeveler igin yapllmaz. Bu siizgeg bezleri iizerine, plaka ve gergevelerdeki baglantllara uygun, delikler agilin•§br. Bu suretle, plak:a ve gergeveler.· bir araya getirildikleri zaman, bu delikler bir ugtan diger uca uzanan kapah kanallar meydana getirirler ve sabit ba~hktaki kanala baglanular. Ag1k olarak giiriinen kanal sadece gergevenin igerisine a~ olup, plaka iizerinde b9yle bir delik yoktur. Plakalarm alt losmmda, plaka yiizeylerini gila~ musluldarma baglayan, delilder agdnu~tu. Siiziintiiniin filtre i:b~a goo§I §ekil 12-6b ve c de ayrmllh bir §ekilde giisterilmektedir. Siiziilmesi istenilen madde besleme kanab yolu ile filtreye pompalandig.. zaman, ilk once biitiin gergeveleri doldurur. Besleme pompasi madde gondermeye devam edecek ve basmg artacak olursa siiziintii, siizge<;> bezini geger ve plakalarm yij.zeyinden a~ag1ya dogru akarak, bo§alma musluklan yolu ile d•~n akar. Filt-
Sekil 12...5 den 12-7 ye kadar giisterilen ag1k ho§ahm diizeni en gok kar§•la§Ilan tiptir. Herbir plaka, gozle goriilebilir bir miktardaki £iiziintii.yii top]ama oluguna bo§altir. Bu sebeple, bir siizgeg bezi delinecek veya siiziintii hu!amk akacak olursa, cihazm biitiiniinii gali§madan alikoymaks•zm sadece o plakaya. ait musluk kapatilabilir. Siiziintii siCak veya ugucu veya diger bir sebepten dolaYI ag1k bo§abm saloncali giiriilmekte ise, besleme kanalma benzer bir kana!, siiziintiileri toplamak igin cihaza ililve olunur. Bu §ekildeki bir kana! §ekil 12-8 de gosterihnektedir. Bu durumda siiziintii bulamk akacak olursa, bunun hangi plakadan geldigini B[;renmek mfunkiin degildir. Bu ancak cihazm agd1p, tek tek plakalannm kontrol edihnesi ile mfunkiin olur. 12-8. YtkamaJ.i. filtrepresler. Plaka ve gergeveli filtrepreslerin hiiereli ~ekil 12-7. $ekil 12-6 da BB ile gijsfiltrepreslere olan esas iistiinliigu, gokelterilen' kesitin aynnblart. tilerin yikanabi\meleridir. Y•kama yapabilen plaka ve gergeveli bir filtrepres §ekil 12-9 da ve §ekil 12-9 da EE ile gosterilen bir kesit ise §ekil 12-10 da gosterilmektedir. Sekil 12-9 ve 12-10 da
c ~kil
12-6. (b)
gorUn~,
A~Ik a~
bojabmlt, ytkama yapmayan bir plaka ve ~ei>eveli filtrepres: (a) onden bo1al•m yapan ~tkt!lar, (c) CC kesitinin ayrmttlan.
repres gergeveleri doldugu zaman plaka ve gergeveler birbirlerinden aynhr ve hiicreli filtreler losmmda agiklandij!I gibi temizleme yap1hr. Bu §ekildeki bir filtrepresde yiicama yapdamaz ve bu sebeple, gergevelerden uzakla~tlruan kalmnda daha bir miktar sii;~:iintii vardtr. Bu istenilen veya istenilineyen bir madde olabilir.
•:=I kesit o-o Sekil 12-8.
Kapab bOjahmb ~lkl!lann aynnblan
farkl1 yapih§ta iki cins plaka varcbr ve bunlar birbirlerind~n, kanallarla olan baglantdan gozilniine ahnarak ayri!abilirler. Bu iki cins plaka ve aym zamanda
648 649
cerc,eveyi tamyabilinek, plaka ve gergeveleri biraraya getirenlere kolayuk olmak iizere, plakalann di§a gelen yail kenarlarma diigme seklinde g•kmtilar ko-
ken, §ekil 12-9b de gosterilen gergeve dainla iki diigmeye sahiptir. Filtrepres 1-2-3-2-1-2-3 vs. Sirasmi izleyecek §ekildc tertiplenir. Farkii kanallann sabit ba§hk ayn ayn baglantllan vardir. 5ekil 12-5, yukanda agiklamaSI yapllan §ekilde haz~rlanm•§ bir filtrepresi gostermektedir. Siizme esnasmda y1kama kanab, filtrepresin ba~hgmda bulunan bir val£ yard•m• ile kapati!Ir. Siizme i§lem~ yukan klSimlard ~ aQiklamasi yapllan ve y•kama yapmayan, plaka ve gergeveli fillrepreslerdc oldugu gibi yiiriir. Siizme pratik yonden limit dejlere ula§tlg• ve iyice sllo§mi§ bir kek meydana geldigi zaman, besleme alom1 bag:antllan ile biitiin iig diigmeli plaka Qiki§ musluklan kapatihr ve yikama kanahna su gi:inderilir. Y1kama kanahmn, iig diigmeli plakalarm her iki yiizii ile baglantllan vardir. Bu sebeple su, plaka ile biitiin bu plakalarm yiizeyini orten siizgeg bezi arasma girer ve iig diigmeli plaka gila§ muslugu kapatlld•g• iQin, sadece kek igerisinden gegip bir diigmeli plaka yiizeyi iizerinde yukandan a§ag•ya dogru akabilir ve bir diigmeli plakamn ag1k b~rakllan muslugundan di§ari akar. 5ekil12-7 ve 12-10 u kar§Ila§tird•gnmz zaman yikama suynnun, kekin tiim kahnhiliru gegtigini gi:iriiriiz. Halbuki ·siizme esnasmda siiziintii, sadece kek ~almhgmm yansmi geger. Kekin meydana getirdigi bu iliive direng, suyun iig diigmeli piakaJar yiizeyinde muntazam bir §ekilde dagllmasma ve keki muntazam bir §ekilde gegmesine sebep olur. Bununla beraber yikama, yikama suyunun girdigi ko§e civarmda daha iyi, diger.ki:i§elerde ise daha zayif bir §ekilde meydana gelir. Bunun bir sonucu olarak, pek gok filtrepreslerde iki y1kama kanah vardir ve bunlar, birbirlerine kar§I ko§elere yerle§th·ilmi~lerdir. Filtrepres once bir, sonra diger yikama kanal1 yoh: ile yikanir.
*
~kil 12-9- Plaka ve <;e.-,eveli bir filtrepresin (ag1k bojalunb) y1kama esnasmda plnka ve <;e.-,evelerinin durumu: (a) bir dU~meli plaka; (b) iki dUgmeli plnka; (c) Ug dUgmeli plaka.
nulmas1 sureti ile biitiin filtreperes yaronncllari tarafmdan uygulamnaktad~r. !)ekil 12-9a bir diigmeli plaka, §ekil 12-9c ii(; diigmeli ·plaka diye adlandmhr-
'r
L ~kil 12-11.
ta ve
~kil 12-10.
~kil 12-9 dakj EE kesitinin aynnlllan ve yikama ijlemi.
1
Kapal1 bojalunh. bir plnka ve gergeveli filtrepresde, y1kama i1lemi yapan pla-
~r!;evcler.
Y1kama yapabilen plaka ve ger~eveli filtrepres aym zamanda kapal1 bo§a!Im!I ise, iki al'!"' bo§al!m kanalma sahip olmahd1r. Bu suretle iig diigmeli plakalar yikama esnasmda kapablabilirler. Bu §ekildeki bir plaka.- gergeve iigliisii §ekil12-ll de gi:isterilmektedir. Filtrepresler ayill zamanda sogutma veya ISltma yapilacak kanallara da sahip olabilirler.
651
li50
Filtrepres yardnncilarmm yapmr§ olduklarr cihazlarrn, birbirlerinden oldukca farkh ayrmt!Iara sahip olduklarr gi:iriiliir. T' "itiin bu farkhlrklar yapr yi:iniinden olnp, filtrepresin calr§ma prensipleri yoniinden benzerlikler vadrr. 12-9. Filtrepreslerin yaplldiklarJ malzemeler. Filtrepresler cogunluklukla dokme demirden yaprhrlat. Di:ikiimii yaprlabilen herhangi bir metalden de olabilir, fakat pratik bakrmdan olduk~a pahabya malolurlar. Di:ikme demiri a§rndrran srVJlarm siiziilmesi i~in kur§un veya lastik ile kaplanmi§ plaka ve Qercevelerin kullamldrklarr da olur. Tamamiyle tnhtadan yaprlmr§ filtrepresler de bulunabilir. Tahtanm ~arprlmasr veya ~elnnesi sebeb; ile, bu gibi malzemeden yaprlrm§ filtrepreslerin iyi bir §ekilde bakrmlanmn yaprlmasr gerekir. Siizge~ bezi yaprmmda kullamlan malzeme, bir cins pamuklu dokumadrr. ince dokunmu§ pamuklu kuma§tan, kaba ve kalm dokunmu§ bir yiizii tiiylii pamuklu kuma§a ve hattil, ~uval bezine kadar birbirlerinden farklr dokumalar kullanrlabilir. Siizge~ bezinin ince olmasr istenilen fakat, basmcm bum1 )•utacak kadar yiiksek oldugu yerlerde, ~uval bezi veya jiit kullamlabilir ve bunlarm iizerine ince pamuklu kuma§ kaplamr. Bazr yaglarm siiziilmesinde, pamuklu kuma§ yerine siizge<;; kdgrdr kullamhr. Fakat bu kllgrtlar en ufak basm~lara bile dayanamadrklar1 icin, saglam yaprh bir dokuina ile desteklenmelidir. <;ok ince tellerden i:iriilmii§ metalik siizgec bezleri yaprlmr§sa da, bunlar filtrepreslerde pek az kullamhrlar. Bunlar daha ~ok biraz sonra acrklanacak olan levha yap1srndaki filtrelerde kulIamlrrjar. Yeni bulunan naylon, vinlon ve fiberglas gibi sentetik ipliklerden yaprlan siizge<;; bezleri, pamuga oranla kirnyasal tesirlere daha dayamkluhrlar. Ozel amadar i~in ~ok sa}'lda i:izel sijzgec bezleri geli§tirilmi§tir. Bugiin icin en. yaygrn filtrepres di:ikme demirden olup, yanlardaki raylar icin kana! veya celik qubuklar vardir. Plaka ve cerceveleri srla§trran, elle cah§tmlrr bir kapama vidasi ve pamuk ipliginden yaprlmi§ siizge~ bezi, buulan tamamlar. 12-10. Levha yapili f"Iltreler. Filtrepresler her ne kadar Qok degi§ik siizme i§lemlerine iyi bir §ekilde uygulanabiliyorsa da, fazla ka!I maddeye sahip olan biiyiik miktarlardaki srv1larm siiziilmeleri i~in ekonomik degildir. Aynca filtrepreslerde ·yaprlan yrkama i§lellli esnasmda kek i~erisinde kana! te§ekkiil ett;gi icin, az miktardaki su ile yeterli bir }'lkama yaprlamaz. Bu las1mda a~Iklamalan yaprlacak olan filtre tipleri, ilk once met&lurji endiistrisinde geli§tirilmi§ olup; yukarrda aclrgeqen siizme i§lenrleri i(in, daha az i§cilik. istemesi sebebi ile, filtrepreslerden daha uygundur. Diger taraftan buularm ilk ya!Inm gid!'rleri daha yiiksehir ve bu filtreler gene! olarak daha kan§Ik bir yap1ya sahiptirler. Bu tip filtrelerin yap1mr, filtre levhalcmmn geli§tirilmesi ile miimkiiri olmn§tnr. 12-11. Filtre Ievhalarmm yapiSI.
Bir filtre levhasmm yap1s1 §ekil
J2-12 de gosterilmektedir. Filtre levhasmm Qekirdek lasm1, yuvarlak veya dik-
..ol
•
)"'Jn]J ·I .nr ve delikli bir levha F yardimi ile dagibm yap1hr. SiiziintU, filtre w ''alarwm yan yiizeylerinden ig klsma geger. Her filtre levhas1 siiziintiiyii, iize-
Sekil 12~13. Sweetland filtresinin Onden gOriinil!;lli: A, kaplamamn sabit olan yanst; B, k.aplamanm mente$eli olan yarlSl; C, filtre levhalart; D,_ filtre gil~ ba&lanttlan; E, besleme k:a~ nab; F, da~ttma plakast; G, sliztintli gOzleme camt; H, sliziintii- bo~altm borusu; J, kilitleme kanu (mil !;ivisi); K, ytkama suyu bo$ahm borusu; L, gtkt$ yoll~n. (Oliver United)
rinde bir giizetlerne penceresi G bulunan, bir b_oru yolu ile gene! bo~ahm borusuna II giinderir. Siiziintiiyii ta~1yan ana boru II, filtre giivdesinin iist klsmmda ve ona baglanrnadan yer alabilir. Bu dururnda giizetleme carnian yatay oiup, kontrolleri kolaydrr. Slizme i~lemi tamamlandigi zaman, siiziintiiniin geQtigi yollardan y1kama ~uyu giinderilir. f;ekil 12-14 iin sagmda giisterilen eksantrik (salgih kasnak) gev§etilerek filtre bo§altdabilir. Bunun igin silindirin alt yarlSl B agilll' ·ve §ekil 12-14 iin sol iist ko§esinde yer aian K kanah yolu ile su pompalanarak, kek filtre levhalarmdan uzakla§tJnhr. Bu y1kama ba§hli;l, di§liler ve el gark1 ile diindiiriilebilir ve K nozulundan g1kan su jeti, filtre levhastnm biitiiniinii iyi bir §ekilde yikar,. Ke-· kin filtre levhalarmdan uzakla§tmhnaSI, filtre alt yarisimn agdmas1 olmaksizm da yapdabilir. Kekin y1kama suyu filtresinin kesiti yard1m1 ile filtJe levhalarmdan uzakla§• Sekil 12-14. Sweetland tmlmasi, §ekil 12-13 de gosterilen L ka(~ekil 12-13 e baktmz).
nah yolu ile yap1hr. Sweetland filtreleri birirn zcmin ylizeyinde biiyiik slizmc alamna sahiptirler, y1kama rand1manlan iyidir, i§letme giderleri dli§iiktiir ve filtrenin kullamlmayan alam azd1r.
12-15. DOner devarrili filtreler. $irndiye kadar aQlklamalanm yap!Igimiz biitiin siizme cihazlan, siireksiz Qah~Irlar ve bu husus ba§hca sakmcay1 te~ kil eder. Yakla§Ik olarak 1906 yllmda ilk doner devamh filtre, Oliver, ~·apilmi§ tir. Bundan sonra, Oliver filtrBsinin prensipterini kullamp sadecc yapih§ §eklinde ufak degi§iklikler yaparak, birbirinden farkh diiner silindirik filtrcler geli§tirilmi§tir. Doner silindirli filtrelerden ba§ka doner devamh filtreler de vard1r, fakat bunlarm kullamh§I diiner silindirli filtrelerden Qok daha az onern ta§Ir. Bunlarm bir tipi yatay bir §afta sahiptir ve bu §aft iizerinde, §aft eksenine dik olan filtre levhalan yer ahr. f;aft donerken filtre. levhalar1 siiziilecek Qozelti iQerisine daldmhr, sonra filtre QOzeltiden Qikanhr, kuruyuncaya kadar emilir ve iizerindeki kekten kurtanlir. Diger bir tip ise, biiyiik gaph doner bir yatay diskten ibarettir ve bunun alt klSim, radyal ·filtre levhalarmdan yapdmi§llr. Siiziilecek kan§Im bir rroktada bu plaka iizerine dokiiliir, siiziiliir ve yikamr, kek kaziyicllar yard1Illl ile uzakla§tJnhr. Doner silindirli filtreler, diiner devamh filtrelerin en onemli olamdrr. Doner silindirli bir filtre (§ekil 12-15), levha halindeki bir metalden yapdDU§, bir silindirden A meydana gelmi~tir. 30 em ila 4,5 m lik bir Qapa ve 30,cm ila 6 m lik bir uzunluga sahip olabilirler. Bu silindirler, bir silindir yatag1 B tarafmdan ta§mmaktadu. Siiziilecek SIVI.bir tank C iQerisinde bulundnrulur. Si-' lindirin yiizeyi, silindir ek~enine paralel ve silindir giivdesine kaypaklannu§ bandlarla D, kisimlara ayrllnn§tir, Bandlar arasma, siizgeg bezini filtre yiizeyinden·uzak tutmak ·iQin, bir cins yap1 tipi kullamhni§br. ·OrMgirnizde oluklu metalden dar bandlar E bu i§i gormektedir. Bunlarm iizerine, tel elekterr veya iizerinde yanklar bulunan metalden, bir levha F yerle~tirilir ve baglamr. Bunlar siizgeg bezi G ile iirtiiliir ve siizgeQ bezi spiral bir tel II ile sanhr. Siizgeg bezi ayirma bandlarmm oyuklan iQerisine kalafatlanabilir. Her- boliimde ·yer alan bir veya birkaQ born /, silindir yatagmm bir ucunu kapayan K plakaSJ iizerindeki deliklere baglanmi§lardir. Bu kapak plakaSJ gene! olarak _degi§tirilebilir bir koruma levhaSI ile desteklemni§tir. K ve L delikleri aymchr. Sabit olan val£ plakas1 M ile, siiziintii toplayJCISJna (klsm1 vakum altmda olan) baglanlllar yapdnn§tJr. Sabit plaka iizerinde aym zamanda basmQh hava igin de baglantilar vardrr. Silindir- Qok yava~, gene! olarak 1 rpm (donii~/dakika) den daha az, bir §ekilde bir motor 0 tarafmdan diindiirliliir. Motor sonsuz §aft1 P (lnz azaltim ve degi§tirici bir taklm cihazlar yard1nu ile) ve o da, sonsuz di~li yard1m1 ile silindiri hareket ettirir. Yataklar 1j iizerinde bulunan millere asdmi§ bir kan~tinci
657 S, motor ve lnz azaltma dllzeni U, §aft V, lo:anklar W, hareket cubujtu ve iic ko§eli krank manivelas1 Y ile oallanma hareketi kazamr. Silindir donmeye ba§lar ve bir boliim, siiziilecek s1v1 i<;erisine daldmhr. Val£ plakas1 M ile ili§kisi bulunan ve de~i§tirilebilir plakadan L ge<;en o bi:iliil me ait b_oru, vakuma ba~lam~. Boylelikle kek te§ekkiil eder ve siiziintii, vakum ba§h~mdan N ge<;erek ,siiziintii toplaYJcilarma gider. Su piiskiirtiiciiler R keki Ylkar; valflar, siiziinlii ve Ylkama suyu ayn ayn toplanacak veya bir aklm halinde birle§tirilecek §ekilde yapilml§lard1r. Yikama son bulduktan sonra, kek i<;erisinden hava emilerek, kek y1kama suYlllldan klrrtaril~r. Biitiin bu siire icerisinde a<;Iklanan kls1m vakum altmda tutulur. En sonunda bu klsma ait born, ], val£ plaka51 M iizerindeki bamnch hava borusuna b_aglamr; hava iiflenerek kek, siizge<; bezinden aynhr ve sonra kaz•y•m bi<;ak Z ile siizge<; bezinden uzakla§tlrillr.
0
0
0
Valf yuv;al:an
•
'1'\k:ama
suyu
~;JkiSI
Sekil
12~16.
S.O~Untu
<;lklSI
DOner silindirli filtre valfmm
diya~ramatik. B:Osterili~i.
Valfm yap1s1 §ekil 12-16 da §ematik olarak gi:isterilmektedir. Val£ tabarn veya koruma levhas1. silindire ba~lanmi§ olup, onuula birlikte di:inerler ve de~i§tirilebilir yap1h§tadirlar. Farkh kls1mlara ba~lanmi§ olan borular, bu val£ tabanma a<;1hrlar. Val£ tabanmdaki her delik, silindirin bir klsmma .aittir. Sabit plaka, val£ tabamna siln bir §ekilde bastinhni§ olup, silindirle birlikte di:inmez. Bu plaka, siiziintii veya YJkama SUYll <;Ikl§lan icin ba~lantilara sahiptirler. Bu ba~lantilar siiziintii toplaYJcilarma ve oular da, emmeyi temin eden vakum pompasma ba~lanml§larchr. Sabit plaka cevresindeki bir kana!, val£ tabam iizerindeki delikli plaka ile, birbirlerine uygun gelecek §ekilde baglantih kilinmi§lardlr. Bu kana! iki klsma boliinmii§ olarak gosterilmi~tir. Bu klsunlardan biri siiziintii <;tln§ma; di~eri ise, yikama suYll <;lkl§ma baglanmi§lardir. !Iii kls1m arasmdaki biihne, s1kl bir §ekilde birbirlerine uyan takozlardan yap1hm§ olup; siiziintii ve YJkama SUYll arasmdaki aYJnml diizenlem~k amam ile, bu takozlarm durumu degi§tirilebilir. Bastmhnl§ hava, sabit plakamn bir yiizeyinde t. Catalla!; -
Kimya Mtihendisligine
Gir~
F. 42
659
bulunan, kiic;iik iifleme deli~ine ba~lamr. Vall tabam diindiik9e, filtrenin muhtelif lasim!an ile ba~lanb kuran borular birbiri ardma, once sliziintli kana!I altma, · sonra ytkama kanah albna ve en sonra da iiflem~ ka~~~ alt~a girerler. Sliziintii ve ytkama suyti ayr1 ayr1 toplanabilir fakat, bule§tmlmeleri daha uygundur. Sekil 12-17, diiner silindirli filtrenin bir lasmma ait diinil.~ii §ematik olarak giistermektedir. Siiziintliniin uzakla§tlnlma peryodu esnasmda oldukc;a fazla miktarda sliziintli kekten emilir. Y1kama suyu, bir v~ya birkac; Sira ytkama nozulundan verilebilir. Bu sebeple, ytkama lasm1 §ekil 12,17 de giisterilenden daha geni§ olabilir. Y1kama suyunun uzakla§tmlma devresi yeteri kadar uzun tu-
zaman, ufak c;apa s,.Jtip ayn bir silindir yardum ile, esas filtre silindirinden ayrJbr!ar. Bandlara yapi§an kek, bu barularla birlikte filtre silindirini terk eder Vb bandlar, yukarJda ad1 gec;en kiic;iik silindir iizerinden gec;erken, kek pargalamr. Bandlar, kaZiyici b1c;agm hemen altmdaki bir yerde bulunan ikinci bir ufak silindir iizerinden gec;er ve bu, maddeyi ana silindir yiizeyi iizerine gonderir. Tel tel ba§altma uygulandigi zaman, kaziytCI b1c;ak ku!lamlmaz. Baz1 hallerde bandlardan kurtulan kek, bir tiinel kurutucu ic;erisinden gec;en, bir ta§Irna bandma ba§altihr. Tel tel ba§altmanm uygulandigi pek c;ak durumlarda, silindir c;evresinin dortte bir veya fazlas1m kaplayan ve kek iizerinde yiiriiyen k1sa ve sansuz bir band filtreye iHlve alunur. Band, filtre silindiri ii2erinde yer alan ufak silindirler iizerinden gec;erek, dalammm1 tamamlar. Yay ile gerilmi§ ufak silindirler yardnm ile kek iizerine bir basm<; yap1hr ve bu. suretle band keke yapi§tmhr. Bu yapi§ma, kekin sila§masma ve sudan daha fazla kurtarilmasma hizmet eder. DOner devamh filtreler her tlirlii siizme i§lemlerini yapabilecek §ekilde ge3 iii\ 6 mm kalmhkta kek meydana getirebilecek, c;ak ufak taneli veya jelatin yaplSlndaki ~okeltilerin (bu i§ ic;in her ne. kadar las1m 12,19 da a<;Ik!amaSI yapilacak alan onkaplamah filtrelcr uygunsa da) siiziiJmesinden ba~layarak 10 kahnhkta kek meydana getiren tuz ~okeltilerinin siiziilmelerine kadar uzanan geni§ bir kullamlma alamna sahiptirler. Giizelti s1cak oldu~u zaman filtrenin c;ah§tmlmasi her rie kadar zorsa da, kaynama temperatiirii yakmmda bulunan c;ozeltileri bile' bnularla sliZinek miimklindlir. Tuz gibi, gozenekli yap1ya sahip kekler t~kdirinde, az bir basm~ dii§ii§ii (kayb1) ile biiyiik hacimlerde hava kek i<;erisinden geqirilir. Gak biiyiik <;ila§lara sahip valflar kullamhr, val£ d.isklerinin <;aplan filtre silindirinin qap1 ile kaf§Ila§tmlabilecek kadar biiyiiktiir. Filtre silindirinin altmda bulunan tanktaki SIV!nm kati parc;aCiklan, c;okehne egilirni giisterirler ve bundan dalay1, bu tip filtrelerin pek c;agu.nda c;ozeltileri suspansiyon halinde tutmak ic;in, bir cins kan§tmci kuliamhr. Ag1r maddeler takdirinde, bn mekanik kan§tmcilann gorevini siiziintli jeti gorebilir ve c;okeltinin kan§tmlmaSim temin eder. li~tirilmi§lerdir:
em
,Sekil 12-17. Doner silindirli filtrenin bir dolan1m1.
fularak, .en az kristalize kekler (iirnej:lin tuz) ic;in olmak iizere, kek ic;erisinden oldukc;a fazla miktarda hf,lva ge<;irilir. il'fleme peryodu lasa tutulur ve 90k kere hava yertne sn buhar1 iiflenir. Hava, siizme ortammm (bez veya levha) so!lnn.:,sma ve te§ekkiil eden kristallerin, sliziintiiniin soj:lumas1 (ve bnharla§masi) sebebi ile, filtre yiize:YJne yapi§malarma yol agar. Doner silindirli filtrelerin bir lasmi, iizellikle yapi§kan kek ile <;ah§anlar, t~l tel bo§altma metodunu uygularlar. Bu, c;ok saytda sonsnz bandlardan olu§' mu~ olup, aralarmda 12 mm a<;Ik!Ik vard1r, siizgec; bezinin ·iizerinden ve filtre c.il:!l
12-16. Vstten beslemeli flltreler; Kaba bir yap1ya sahip. alan kristalizc maddelerle graniil yaplSlndaki qokeltiler, standard doner silindirli vakm11 filtresinde siiziilemezler. Buna sebep, silindirin ah k"mmda mevcut §artlar altmda, kek te§ekkiiliin.iin ~ak giic; almas1d1r. Bu gibi maddeler igin iistten l><·.slemeli filtre (§ekil 12-18) kullamhr. Filtre silindiri A, §ekil 12-15 de aQiklanana benzer §ekilde, siizme yiize"• '" sahiptir. Siiziintii boliimleri, 9evre etrafmda toplanmi§ derinligi az. bol'i ,1-r almak yerine, filtre silindirinin biitiiniinii dolduran. boliimler halil)dedir. ,· .tre silindirinin tiimii, §ekil 12,15 de aldugu gibi boliicii bandlar D yerine, merkez-
661
660 den !;evreye dogru uzanan bolmelerle B, kama §ekilli lastmlara aynlllll§br. . bu bOlmelerin her biri alt lasnnlannda bir Qtla§ deligine C sahiptir. Kama§ekilli kb D .... VaH plakast yoktur ve her delik, donme esnasmda bo§altma a ma suzun-
tiiyii gonderir. Bo§alma kabmda toplanan siiziintii, E borusu yolu ile siiziintii depolama tankma akar. Barometrik stzdrrmazhk temin maksadt ile, filtrenin. altmda yer alan siiziintii depolama tanlanm yeterli bir uzakhkta bulunmast gerekir. Hava, piiskiirtiilmii§ ze;recikler tutucusuna F, tegetsel bir giri§ borusn ile gecer w gerekirse ikinci bir zerrecik tutucusu G konulur. Bu cihaz G, §ekil 5-19 da gosterilen damlactk tutuculan~a benzer bir §ekilde yaptlllll§tlr. G den gecen hava bir iiflece H girer ve iifleci terk eden hava susturucu yolu ile dt§art atthr. Born icerisiude ta§mabilir durumda olan siiziilecek madde, besleme kaptst K yolu ile cihaza girer ve filtre silindiri yiizeyine yaythr ve meydana gelen kek yeterli bir gozeneklige sahip oldugu icin, siizme i§lemi lasa bir zamanda son bulur. Bundan sonra L piiskiirtiicii•Unden piiskU!tUlen su ile hafif bir y:tkama i§lemi yaptlabilir ve sonra kek yeni ba§ian kurutulur. Bu sebeple filtre silindirinin tiimii, metalden bir muhafaza M igerisine konulmu§ olup; .iiflec tarafmdan meydana getirilen emme, N bag!antilan yolu ile bu muhafaza icerisinden steak hava akummn gecmesine sebep olur .. Hava uygun hir ISI!tctda (dogrudan dog· ruya gaz veya stvi bir yalatla) birkag yUz dereceye kadar tsttt!abilir. Kurumu§ kristallerin dt§ tabakas1 P kaztywtst ile ve geri kalan lasuu!art ise Q kaZiy:tctst ile filtre yiizeyinden ahmr. R nozulundan pUskiirtiilen siiziintii jeti, siizgec yiizeyini oldugu kadar yiizeye yapt§Ip kalan kristalleri de y:tkar. Her iki kaZiy:tctmn filtre yiizeyinden aldtgt kristaller filtre muhafazasmm alt lasmma dU§er, vidah bir konveyor S tarafmdan ta§tmr ve T borusu )'olu ile ·cihaz dt§ma atthr.
L R
Q
B
$ekil 12-18. Ostten beslemeli filtre: A, silindii; B, silindir M!Um!eri; C, s~tU. ~lkt!lart~ bofalma kabt; E; sUzUntii b~alma borusu; F, ilk stc;rama tutucusu; G, ikin.~~ s~~ . tucusu· H Ufl...... J susturucu; K, besleme kaplSt; L, yJkama suyu pUskllrtUcillen, 14• sllin· tu , • "'S'r ' kazm1' b ~· R sUz~
D,
'?·
dir kaplamast; N,- steak bava giri~i; P, ilk k8zlma btr;aAt;.. son . a l9B~~· • ,bezini temizleme piisklirtiiciileri; S, Urlin konveylSrii; T, urun ~akt~t, U, nemh_ UrUn 9~1, V, sllzllntU ~dO! borulan (Swenson.)
12-17. S\izme operasyonu. Endiistride kar§t kar§tya geldigimiz siiziilecek madde tanecik (graniil) yaplSlnda, basttrtlamaz durumda, kolayhkla siiziilebilen veya yapt§ma karakteri gosteren cinste, basttrt!abilen kolloidler halinde, siizgeg bezini veya filtre levhasnn ttkayacak tipte ve daha pek cok farkhhklar gosteren durumlarda bulunabilir. Siiziilecek maddenin (bu!amag, hamur veya suspansiyon) en iinemli ilk karakteri, onun yaptsidtr. Ornegin, tanecik yaptsmda ve serbest veya kolloidal yap1da ve yogun olup olmadtgtdrr. · Baryurn sulfat veya kalsiyum karbona! gokeltilerinin suziilmeleri, demir (III) bidroksidin siiziilmesinden farkltdtr. Siiziilecek maddelerin ikinci bir ozell)gi de onun .bastmhp bastm!amamastdtr. SUziilmesi istenilen madde bastmlamayacak .karakterde ise, kekin giisterecegi direnc hasmca iinemli bir §ekilde bagh olmayacakttr. Halbuki madde bastmlabilir bir karakterde olursa, birim kalmhkta kekm gosterecegi diren9, basmg artttkga htzh bir §ekilde artar. Gene! olarak, tanecik yaptsmdaki gokeltiler hemen hemen bastmlamaz bir karakter giisterirler. 12-18. Basmcm etkisi. Gene! olarak siizge~ bezinin kendisi, nadiren de olsa, gergek bir siizme ortamtdtr. Siizgeg bezlerinin ve gokelti .pargactk!annm
662 663 fotomikrografik* incelenmesl, ~iikeltilerdeki ortalama par~aclk biiyiikliigiiniin siizgec bezlerinin ortalama ,giizenek biiyiikliigiinden, olduk~a ufak oldugunu giistermi§til:. Gercek sllzme ortatnl, slizgecin ylizeyi lizerine IJturan ilk ciikelti taneciklerit)in meydana getirmi§ olduklart tabakad1r. Bu sebeple, ilk tabakanm m.eydana gelmesi slizrne operasyonunun giivenligi yiiniinden biiyiik onem ta§l!. Filtrepres veya basmc altmda cab§an levhah filtreler cok sa}'ldaki c;:ab§ma metodlartndan biri uygulanarak cah§ti!ilabilirler. Bunlarm icerisinde en basit olam, slizme operasyonunun ba§lang!Cmda b~mcm tiim olarak uygulanmaSl ve operasyonun son bulmas1na kadar basmcm sabit tutulmas!du. Bu mewdUll' bir~ sakmcah yiinii vardi!. Bunlardan birincisi, ba§lang~c basmcmm yiiksek olmaSl halinde slizgec bezi veya levhasl tarafmdan tutulan ciikelti par: ~aclldar1, giizenekleri sila bir §ekilde ve tiim olarak ukayacak, slizme operas• yonunun g'eri kalan losnunda dii§iik bir sliziintii debisine sebep olacaktu. lkincisi, ciikelti parcaclklartnm homojen bir yap1 ve biiyiikliik gostermemeleri (kristal ve kolloidal yap1da parcaciklarm bir arada bulunmalart} halinde yiiksek baSlUC, cokeltinin kolloida! hsmml kristal lasnn tarafmdan meydana getirilen ilk ciikelti tabakasl ilrasmdaki bo§luklart doldurmaya zorlar ve sliziintii debisinin iinenili .derecede azalma=a sebep olur. Diger ~araftan ba§lang1<;taki basmc dii§iik tutulacak olursa, cokehni§ tanecikler tarafmdan slizgec ortarm iizerinde olu§turulan ilk tabaka g~v§ek yapili ve gozenekli (poroz) olur, yiiksek .bir sliziintii debisi elde olunur. :jlu durumda cokelti •tabakas1, slizgec bezinin veya levhaSlUIU deliklerini doldurmaz, te§ekkiil' eden kekin slizgec :bezinden temiz biro §ekilde ve kolayhkla abnmas1 miimkiin olur. Ba§lang~c baSlncll'Jn dii§iik olmas1 demek, filtreden gececek ilk sliziintiiniin bir miktar bulanlk olmas1 demektir. Bu bulamkhk cok lasa siirer, buna lai!§lllk yiiksek bir slizme debisi ve dola}'lSI ile biiyiik bir slizme kapasitesi elde olunur. · Diiter bir metod dii§iik ba=cla ba§la}'lp, kek tarafmdan git.tikce arttlril.an dirence kar§l koymak amac1 ile, devamh bir §ekilde basmc arttuarak hemen hemen sabit bir sliziintii debisi. elde etmek ve slizme operasyonunun' sonunda maksimum b=ca eii§mektir. Bu metodun giicliigii, maksin11nn basmca slizme operasyonunun sonunda ula§ilin&Sl ve bu sebeple, hemen hemen siizme i§leminiD hii.yiik bir lasmmda maksirnum kapasitenin altmda olan bir. kapasite ile cab§ilinasldl!. Bugiin yaygm olan ve sabit bas1ncta slizme operasyonunun giicliikletini ortadan kaldi!an .diger bir metod §U §ekildedir : Slizme operasyonunun ilk lasmmda ~ah§ma, sabit sliziintii debisi elde olunacak §ekilde yaplli! ve $lizgec bezi kek tarafmdan iyice ortiiliip; sliziintii berrak bir. §ekilde' gelmeye ba§laymca, ba=c maksirnum degerine yiikseltilir ve slizme bu sabit b=cla son bulur. Slizme operasyonunun sabit basmcta veya sabit debide yap1lmasmm •
Mikroskopla bllylltillm~ ~eylerin
fotoArafml
relatif iistiinliigii, c;:iikeltinin tanecik veya kolloidal vap1da veya bunlarm bir kari§lml halinde olmasma baghmr. · ~a.mamen bastmlabilir karakterde olan madde)erin siiziilmesinde, her zaman u;~n basmcm. artmlmas1 ile alam debisinin de artacag1 hnsusu, mutlak olarak dogru degildir. Dii§iik bas"mc;:lardaki c;:ah§malarda, basmcm biraz artlrilinas1 ile birlikte sliziintii debisinde de bir artma giiriiliir. Zamanla kek direnci artar ve siiziintii debisi azahr. Basmcm artmlmasma devam edilecek olursa b iki f~k~_or, .. birb~l~rine ~§it olma egilimi gosterir ve belirli bir optimum bas~c;:ta suzuntu de~ISI maks1muma ula§lr. Bu degerden daba biiyiik basmc;:lar, basmcm artmlmas1 1le elde olunacak itici giice e§deger olmaktan uzakllr ve neticede basmc;: artmlsa bile, siiziintii debisinin azaldig"l goriiliir. Ac;: 1 k~,a ,··0! ii]" d""""' .. . ugu g1"b"1, s~': op~rasyonu optimum basmcm altmdaki bir basmgta yapilmah. Sliziilmes! 1stemlen maddenin bastmlamaz karakterde olmas1 halinde elim"zde t _ ' 1 ye er I1. b·1r bilg1· yoktur. 0
.. 12-19, Flltre. ya.rdnnc1 maddeleri. Siiziilmeleri esnasmda giic;:liikler gosteren maddeler tc;:in, c;:ok sa}'lda filtre yardimcl maddeleri lalllanllir. Filtre !ard1mc1 maddeleri sert yapilt, c;:ok ince iigiitiilmii§, saglam katl parc;:amklardan 1baret olup, bastmlamaz bir karaktere sahiptirler. Bugiin ic;:in endiistride -kullamlan en iinemli filtre yardtmcl maddeleri kizdgur veya diatomlu toprakdi!. Buular. ~e~i~erde Y~§ayan ve diatomlaJ" diye adlandmlan ~ok ufak organizmalarm sil1sh ISkeletlermden olu§mu§lard!r. Bu iskeletler hemen hemen sa£ silisY~lm dioks.~dde~ ibaret olup, c;:ok ufak tanecikler halinde ve son derece kompleks b~ Y~.Pl gostenrle_r. ~u sebeple, kolloidlerin absorblanmasma yarayacak c;:ok gem§ yuzeylere sahlpti!ler. Topraktan ynmu§ak kayalar halinde c;:1kanhr ve filtre yan;lm~cl maddesi olarak kullamlmak amae~yla, toz haline getirilirler. Bir Ia~-~m ~1atomlu topraklar, kolloidleri absorplama giic;:lerini artl!mak amac1 ile', oz:l i§le~re tAbi tu.tulurlar. Bu madde, gok biiyiik absorblama yiizeyine ve sag~am b1r yap1ya sab1p olmas1 sebebi ile, oldukc;:a etkili bir filtre yard1mc1 mad" d~Sl olmakla beraber; tanecik yaplSlna ve basnnlamaz karaktere sahip dige1 b1r madde de, basnnlabilir bir madde (bulamag, c;:okelti veya c;:amur yap1s1 gosteren) ic;:erisine katdarak faydah sonuc;:lar abnabilir. C:iiktiiriilmii§ kalsi}'lllU karbonat veya tanecik yaplSlndaki diger bir kristalize gokelti bu maksatla kull _ mlabilir. ' a
Filtre yard1mc1 maddeleri §U iic;: §ekilden biri uygulanarak kullanil.abilirler.
~~~rdan birincisi,_ filtre yiizeyinin bu maddelerle onceden kaplanmas~ veya suzulecek madde fdtreye pompalanmadan once, filtre yiizeyinde bu maddelerin ince bir tabakas1m meydana getirmektir. Bu §ekildeki bir on i§lelll, sliziilecek maddede bulunan kolloid parc;:ae~klanmn siizgec;: bezinin veya filtre lev-
~ekme.k.
'
W.Q. Hull, et. al., Ind. Eng. Chem., 45 : 256-269 (1953).
665
664 '
hasmm. giizenekleri iger1sme girmesini ve dolayisi ile, siizgeg direncinin yiiksehnesini onler. Aym zamanda siizme sonunda kekin uzakla~tmlma i~lemini kolayla§bnr. Aynca siizme i§lemi siizg<\Q bezi veya filtre levhasmdan daha gok, btl filtre yarchrnCl maddesi tarafmdan yap1hr. Bu metod daha gok siizme, madde iiretirninin son i§lemi oldugu· yerlerde, bir kek meydana getiremiyecek kadar az. olan bnlamkhklar1 gidermek amam ile knllamhr. Filtre yard1mci maddelerinin kullamh§mdaki ikinci metod, yardimci mad• deler\ belirli bir yiizde oramnda siiziilecek madde ile iyi bir §ekilde kart§brchktan sonra, filtreye pompalamak §eklindedir. Filtre yarchmc1 maddelerinin varhg1, filtre yiizeyine oturacak gokeltinin gegirgenligini arum, onun basbruabilmesini azalbr ve yiizme operasyonu esnasmda kek direncinin artmas1m i:inler. Filtre yarchmm maddelerinin kullamh§mdaki iigfuicii metod, i:inceden i:izel olarak bu yardiiUCl maddelerle ortiilmii§ filtrelerin kullanumastdlf. Bu metod, .daha gok vakum albnda gah§an, doner silindirik filtrelerde kullamhr. Filtre yarchmc1 maddesi ve sud•n olu§an bir kart§Jm, filtre iizerinde 5 em veya daha fazla kahnhkta bir tabaka meydana gelinceye kadar, filtreye pompalamr. Bundan sonra esas siiziilmesi istenilen madde ile filtre beslenir Kaziy:tCJ b1gak iyi bir §ekiJde ayarJanarak, QOkeJen maddenin hepsini ;e filtre yardlmCI maddesinin gok ince bir tabakasm1 (her di:inii§te 0,01 ilft 0,005 mm) kaZJyarak filtreden a!Ir. KaZiy:tCl btgak otomatik bir mikrometreye sahip olup, filtre yard!IUCI mad- .. desine rut olan tabaka tiikeninceye kadar ilerlemesine devam eder. Bundan sonra siizme operasyonu durd\1rulur, yeni ba§tan bir filtre yard1mci tabakas1 meydana getirilmesi igin bir saatlik bir i§lem yeterli oldugu halde, bu tabakamn dayanma siiresi bir giin ilft birkag hafta arasmda degi§ir. Bu metod, bir kek te§kil edemeyen fakat filtre yiizeyinden uzakla§brJhnasJ istenilen, jelatin yap!smda veya yapl§kan olan gi:ikeltilerin siiziilmesi i~in ku~amhr. Filtre yarchmc1 maddesinin karakteri, bu metodun knllamh§!Ul sm1rlar ve sadece, kekin liizumsuz olup filtre yiizeyinden uzakla§tmlmast gibi durumlar i~in kullarnhnalartm miimkiin !alar. Filtre yard1mct maddesinden gi:ikeltinin aynhnaSI; kimyasal bir met6dtin uygnlanabihnesi halinde miimkiindiir.
12-20. Filtre yardiDICl clhazla.n. Filtrepresler igin basit bir yardtmct cihazlar toplnlui!;u,. gene! olarak yeterlidir. Filtreye siiziilecek kan§Jmm homo• jen bir suspansiyon halinde verilebilmesi igin, siiziilecek karJ§lm bir tank igerisinde depolanmah ve devamh olarak kart§tmlmahdir. Siiziihnesi istenilen kart§un Dorr lavamla§tmcJsl (koyula§liriclsl) gibi bir cihazdan ahnarak filtreye verilmekte ise, bu suspansiyon durumu doi!;rudan dojiruya cihaZin k(mdisi tarafmdan temin olunur. Filtrepresleri beslemede knllanuan en uygun pompalar santrifiij pompaland1r. C:iinkii buular diizenli blr basm<; verirler ve kendilerine
ait karakteristik ej!rilerin bir gereg1 olarak ,siiziilecek maddenin alam debisi azalmca basm<;larml yiikseltmek ei!;ilimi gi:isterirler. tleri ve geri hareketli pompalar (pistonlu ve planjorlii pompalar), basm<; dalgalanmalan sebebi ile, a§m derecede sJkl§ml§ bir kek verme ejiilimi gi:isterirler. Endiistride gokga kar§Jia§bi!;Imiz aQJk bo§ahmh filtrepres, Qiikeltisini gene! olarak bir ucunda SIZJUti olujiu bulunan bir y1kayimya bo§altJr ve bu sJZJn: tuar, siiziintii ve y:tkama suyu depolama tanlana akar. Ucunda iki gila§ bajilanbsJ bulunan bir tek ytkay:tcJ kullamlabilir. Bu · uglardan biri siiziintii tank!, dii!;eri ise y:tkama tank! ile bai!;IntJhchr. Bu bajilantiiar gene! alarak ajia.;;tan yapllirll§ musluklar yarchm1 ile a.;;1hp kapamrlar. Bu y:tkay:tcuarm iki tanesini yanyana koy:tnak da miimkiindiir. Bu takdirde herhangi bir plakadan gelen · madde bo§aliiUJm, bunlardan birine almak miimkiin olur. Sekil 12-19 da gi:isterilen, siirekli .;;ah§an di:iner filtre ve yardtmcuart, endiistride s1k s1k kar§Iia§tJi!;Imiz bir diizenlemeyi giistermektedir. Bu §ekil, siiziintii ve y:tkamamn birle§tirilmi§ bir durumunu giistermektedir. Siiziintii ve
Sekil 12·19. Siirekli !;alu;an diiner (silindirik) filtre ve yardtmcllan: A, stiziintli toplama tan· b; B, sUzfintU pompast; C, ka\=ak (damlactk, buhar, kOptik v.s. halinde) aymct.
y:tkama gozeltisi kan§Jml, alt k1smmdan siiziintiiniin B pompas1 ile ahnd1i!;I bir toplama tanlana A akar. Burada hava siiziintiiden aynhr ve A toplama tanlanm iistiinden C cihaZJna geger. Bu cihazm gi:irevi, filtre igerisjnde mevcut §artlara gore dei!;i§ir. Siiziintii sojiuk oldujiu takdirde bu cihaz, §ekil 5-19 da gosterilen ve a<;Iklamasi yapuan, dam!aCJk tutuculan gibi projelendirilip yapuabilir. Siiziintii s1cak oldui!;u takdirde, vakum pompasmm biiyiikliii!iinii minimum bir dei!;ere dii§iirmek amam ile, su buhanmn yojiunla§l!rilmasJ igin kullaniiabh lir. Bu takdirde projelendirilme ve yap1m1, z1t alamla galJ§an temas tipi kondensorlere (§ekil 5-10) benzer. Siiziintii ve y:tkama gi:izeltisinin ayn ayn tanklarda toplanmas1 istenilecek olursa A tank1, siiziintiiyii toplamakta kullaniltr ve
667
kendine ait siiziintii uzakla~tirma pompas1 olan ikinci bir tank da, y1kama ~ii7ei tisine aynhr. Bu durumda her iki tankda ayr1lan hava, aym zerrecik tutucusuna C gider. Siiziintii toplama tanklan ile siiziintii pompalar1 arasmda, ~ok nadir hallerde yeterli yiikseklik fark1 bulimdujtu i~in, kendiliginden harekete haztr tipte (~ekil 3-35) pompalar kullamhr. Ufak kapasiteler i~in pistonlu veya planjiirlii vakum pompalar1, biiyiik kapasiteler i~in ise sikloidal (siklon) iifle~!Gr kullamlabilir. Biiyiik hacimlerde havamn emihnesi sebebi ile, sikloidal iifle~ler tercih olunur.
12-21. Filtre tlplerlnin kar§lla§tmlmasi, Bu biiliimde birbirlerinden oldukga farkh, ~ok sayida filtrelerin a~1klamalan yapillm~ ve bu durumda, tabii olarak ~iiyle bir soru kar~1m1za ~1kml~tir· Belirli bir siizme operasyonu igin en uygun filtre tipi nas1l se~ilir? Bu soruya gene! olarak, o endiistri kolundaki ah§kanhklara ve tecriibelere dayamlarak cevap verilir. Durumun bilimsel analizini yapmak gii~tiir 1 . 12-22. Filtrepresin lrullamlma alam. Birim filtre alam giiziiniine ahnacak olursa, plaka ve ~er~eveli filtrepres en ucuz olan filtredir ve aym zamanda en az yere ihtiya~ giisterir. Bu §ekildeki bir filtrenin agdmas1 .ve kekin bo§altihnas1, iizellikle biiyiikliigii fazla olanlarda, uzun zaman ahr ve fazla i~ ~ilik ister. Bu sebeple siiztilecek karJ~lm fazla miktarda kati maddeye sahip oldugu ve bu kati madde bir klyiUet ifade etmedigi hallerde, filtrepresin kullamhnasl operasyonu ~ok pahah !alar. Bu sonuca van;ken hakim olan esas fikir, her bir peryod i~in liizumlu olan i~~ilik ve bak1m giderleri olmayip, iiriiniin hirim fiatma bu giderlerin katk1s1drr. Bunun bir sonucu olarak, organik boyar maddeler iiretiminde, kati maddenin SIVlya oram yiiksek olmakla beraber yine de filtrepres kullamhr. Buna sebep. bu maddelerin pek nadir hallerde devamh iiretim metodu ile iiretilmeler~ miktarlarmm otomatik tipteki filtrelerin kullamlmasml zorunlu lalacak kadar biiyiik olmamasi, iizellikle · kekin esas layiUetli maddeyi (iiriinii) te§kil etmesi, kati madddenin tamamiyle kar1~1mdan ahnabilmesi, kek ~eklindeki kati maddenin rafh knrutucularm tepsileri i~erisinde kurutulmasmm miimkiin ohnas1 ve nihayet, i~~ilik ve bak1m giderlerinin, iiriiniin birim fiatma katla!arJmn olduk~a ·az olmas!dir. 12-28. Levhah filtrelerin kuUamlma. alam; Siyaniir prosesi ile minerallerinden altmm ekstraksiyonu .operasyonunda sadece levhah filtreler veya siirekli ~ah~an diiner filtreler kullamlabilir. <;iinkii az miktarda iiriin elde edebilinek igin, ~ok biiyiik hacimde katimn siiziilmesine ihtiyag vardrr. '
Bu ktstmdakinden daha gen~ bir aytklama H.~. Grace, Chem. Eng. Progr., 47: 502507 (1951) de verilmi!tir.
Levha tipi bir filtre ile bir filtrepres arasmda yap1lacak se~imde, i~~ilik ve ilk yatmm giderleri esas ahnmakla beraber, y1kama metodunun da bir dereceye kadar etkisi vard1r. Bu, yeteri kadar degerlendirilemeyen iinendi bir aymmd~r. Plaka ve ·~er~eveli filtrepreslerde siiziilecek olan madde, qer9eve merkezine gonderilir ve plakalar1 her iki yiinde ge~er. Y1kama esnasmda ise y1kama suyu, bir plakadan kek yolu ile dijter plakaya ge~er. Y1kama suyu, siiziintii tarafmdan izlenenden tamamen farkh kanallar1 izleyerf.k di§an 91kar, bu sebeple yikama suyunun il~ k1sm1, az veya ~ok siiziintii ile kan~1k bir durumdad1r. Bunun bir sonucu olarak, filtrepresden gec;en yikama suyunun ilk lasnn siiziilen s1v1dan daha seyreltiktir. Y1kama suyunun kon;~ntrasyonu zarrianla · azalrr ve bu azalma, ~ekil 12-20 de A egrisi ile giisterilmektedir.
30
- -~
20
1'::-l
~I ~ l:l_ _jJ .::::,
200
~
y1kama
1:$-Verini alarak ~ l '{gj_inj atarak i
I
10 0 0
~I
I :;:~uzgec,ce
400 '15 JU
·-
000 1000
$ekil 12-20. Tipik fi1tre yokama e~ri1eri.
Diger taraftan levha tipi filtrelerde, yerini alma (yer degi§tirme) metodu nygulanarak ylkama yap1hr. Bu tip y1kamada y1kama suyu, tamamiyle siiziintiiniin gegmi~ oldugu kanallar1 izler. Siiziintii ile hri§lp filtreyi terkedecek ve dah'l i§lemin ba§mda, seyreltik bir gozelti verecek yerde; yikama suyu, siiziintiiyii ileriye dojtru iter ve Y,kama suynnuu ilk klsm1, hemen hemen siiziintii kadar konsantre bir halde filtreyi terkeder. Siiziintii ve yikama snyunun kar1~mas1 meydana geimemekte ise, yikama suyu siiziintiiyii ileriye dogru itmesine devam eder ve bir anda konsantrasyonu srr1ra dii~er. Bu ylkama metodu, §ekil 12-20 de C ile gosterilmektedir. Endiistrideki uygulamalarda bir miktar kari§ma meydana gelir, fakat daha seyreltik ~iizelti ortaya gllanca konsantrasyonu ~ok ~abuk dii§er ve yeteri kadar yikama suyu kullamlacak olursa, konsantrasyon s1f1I olur. Bu §ekildeki bir }'!kama ~ekil 12-20 de B egrisi ile giisterilmektedir. Bu, 9Dziinebilen maddenin kekden belirli bir miktar uzakla~tmhnasmdan soura, yerini alma metodu ile yap1lan yikamanm, sadece az yikama suyu vermekle kahnayip ayu1 zamanda daha konsantre y1kama suyu verecegi anlamma gelir. Siiziintii k1ymetli bir madde oldugu ve iizellikle, bir ev.aporasyon operasyonuna tabi tutulacag1 zaman, levhah filtrelerin bu iizellikleri degerli 'karakteristikleri saglar.
Cok geni§ filtre yiizeyine ihtiya<; Juyulan yerlerde, Moore filtreleri en ekonomik fUtrelerdir. Herhangi bir sebeple siizmenin basm<; altmda yaptlmasmm zorunlu olduj!u hallerde, a<;tklrmalarJ yapdan di!ter levhah filtreler kullamhr. 12-24. Siirekli !)ah[lan diiner flltrelerin lnillamhna alam. Siirekli <;ah§an diiner filtreler, <;iikeltinin biiyiik bir hacme sahip oldugu, siizme operasyonunun devamh olmas• istenildigi ve i§<;ilik iicretinin dii§iit iilmesi gerektigi yerlerde kullamhrlar. <;;ok degi§ik siizme probl~mlerinin isteklerini yerine getirmek iizere, diiner silindirik filtreler geli§tirilmi§tir. Bunlar en genij kullamlma alamna sahip filtrelerdir. Filtre yardtmct maddelerinin geli§tirilmi§ olmast, az miktardaki kolloidal <;okeltilerin doner silindirik filtrelerle siiziilmelerini saglanu§tlr. Bu filtrelerde herhangi bir smtrlama yoktur. Yalmz devamh siizmeyi gerektiren yerlerde kullamlmahdtr. Miimkiin alan en kiicuk iinitelerin bile, biiyiik bir kapasiteleri vardtr. Bu durum, ufak kapasiteli i§lerde bunlann siireksiz veya arahkh kullamlmalanm saglar. fkinci bir faydah yonleri de, kart§tmda bulunan katmm ufak ve biiyiik parcactklarm bir kart§tmt halinde oldugu zaman goriiliir. Ciinkii bu durumda biiyiik par<;alarm, suspansiyon i<;erisinde tutulmalan <;ok zordur. i<;erisinde ufak par<;alarm bulunmad•l!• ve sadece biiyiik parcah kattlarm bir kart§tmmdan ibaret olan maddelerin siiziilmelerinde, iistten beslenen filtreler kullandabilir. Fakat bunlar ufak ve biiyiik par<;ah katdar ihtiva eden kart§Imlarm siiziilmesinde kullandamazlar. Bu gibi kan§tmlar i<;in sadece, siirekli <;ah§an doner filtrelerden birinin kullamlmast uygun olur. . Pek cok siizme operasyonlarma uygulanan diger bir metod, siiziilecek maddenin herhangi bir filtreden Once bir Dorr koyuJa§tlt!CISina abnmast §ekJindedir. Koyula§tlrma opera~>onti siizme operasyonundan <;ok ucuzdur. Dorr koyula§tmctsmm iist ktsmmdan, yeterli berrakhga sahip bir siiziintii ahnabilir ve siiziilecek maddenin sadece bir losmmm filtreye gonderihnesi gerekecegi i<;in, siizme operasyominun fiat! onemli derecede dii§er. Herhangi bir filtre i<;in smtrlama §'lrtlan, <;okeltinin biiyiik taneli veya katt stvt oranrmn, kart§nmn bir pampa ile suspansiyor. halinde ta§mamayacak kadar biiyiik olmast veya bir kek meydana getirememesldir. Boyle bir durum var oldugu zaman operasyon, santrifiij cihazlari yardtnu ile yapthr. Siirekli <;ah§an doner filtreler sou ydlarda o kadar geli§tirilmi§lerdir ki, daha onceleri sadece santrifiij cihazlarl ile yapt!abilecegi samlan pek <;ok aymna operasyordart, bugiin bunlarla yapdabilmektedir. Bunlarm i<;erisinde en onemli olardar, bir evaporatorde fe§ekkiil eden kristalize tuzlarm ayrdmalaruhr. 12-25. Sllzme lie llglli teori. Siizme ile ilgili herhangi bir teoriden elde olunabilecek en pratik sonuQlar, §U sorulara cevap verebilmelidir: Belirli bir filtre tipinin yapist ve siizme §artlart iQin, belirli bir miiddet i~erisinde ne miktar (hacim olarak) siiziintii elde edilebilir? Belirli bir miiddet icerisinde kek-
den ne mi1:tar (hacirn olarak) ytkama suyu ge~ebilir? Kullamlan suyun miktan ile, yikama suyu tarafmdan kekden alman maddenin konsantrasyonu arasmda ne gibi bir bagmti vardtr? <;;ok saytdaki dikkatli ara§tirmalara ragmen bu sorulara tam bir cevap verilememi§tir. Bu sorulann teorik yoldan coziimii, farkh kan§tmlarm birbirlerinden <;ok farkh karakteristiklere sahip olmasma ve kel-Jerin, stvt aktmma kar§t gostermi§ olduklan direncin temperatUre, kan§tmm haztrlanma metoduna ve kan§lmrn, yeni veya bir siire onc.e haZirlanmt§ olmasma, son derece hassas bir §Cidlde bagh olmast sebebi ile. bir miiddet geri kalmt§tlr. · 12-26. Tanecik yapiiSIIldakl topluluklar a.rasmilan Iamlner alnm. Siizmede biiyiik onem ta§tyan iki periyod vardtr. Bunlardan birincis~ kekin te§ekkiilii, ve digeri de kelin ytkanmasidtr. Keldn te~ekkiiliinde alonun laminer' (kekin te§ekliil etlneye ba§lad!gt ilk anlardaki los a bir siire hari~) oldugu gosterilmi§tir. «Laminer alom» denildigi zaman basm9 dti~ii§iiniin, alo§kanm akun hlZI ile orant!h oldugu, bir ala§ tipi ania§thr. Siiziilen par<;actklann meydana getirdigi toplrduk arasmdan siiziintii, laminer alomla ge~tigi i<;in, Hagen-Poiseuille e§itliginin (2-11) bir §Ckl~ bu ala§a· uygulanabilir. (2-11) numarah e§itligin yeni bir diizenlemesi a§agtdaki §ekilde yaZIIabilir.
dV
A'
dO= -R1-' (g<~.P) .
(12-1)
yukandaki e§itlikte, V = alo§kan hacmi, m3 6 = alo§ siiresi, sa::.t A' = ~lo§ i~in ger<;ek kesit alam, m" b.P = taneciklerin meydana getirdigi toplulugun iki yiizii arasmdaki basm<; farlo kgr-kuvvet/m2 R "' tanecikler toplulugunun alo§a kar§t gostetdigi diren~, (m)- 1 I'= alo§kamn viskozltesi, kgr-~iitle/(m){hr) g< = boyutlu sabit, 127x 10' (m)(kgr-kiitle)/(kgr-kuvvet){hr)
(12-1) numarah e§itlik, debi e§itliginin gene! §ekli ile (1-9) kar§da§tmlacak olursa, Debi
=
itici gii~ direnq
bagmhsmdan R ~t/ A' teriminin, direnq oldugu goriiliir. 1
B.F. Ruth, lnd. Eng. Chern., 27: 806-818 (1935).
671
070
Bununla beraber taneciklerin meydana getirmi§ olduklan toplnlui\un di. enri, tuplului\un kahuhgma, taneciklerin biiyiikliik ve §ekiiieri gibi karakteristlkierillc, tanecikler arasmdaki bo~ugun hacmine bagh oldugu i~in, Poiseuille A§illii';ini basil bir §ekilde kullanmak miimkiin degildir. Bnnun bir sonucu ola' ak kullamlacak e§itlikte, taneciklerin giistermi§ olduklari direnci etkileyen faktiirlerin yer almas1 ve e§itligin b.u hal ile kullamlmasi istenilir. Aki§kan alamma ait ger~ek kesit alam bilinemedigi i~in bu alan yerine, taneciklerin kendileri tarafmdan meydana getirilen alan ahmr. Bu alanda ~ah§malar yapan kimselerce gene! olarak kabul edilen1 bir bagm!I Kozeyn 2 tarafmdan geli§tirihni§tir. 3
dV [ · F ] dO =A k(1- F) 2 So"
(g.AP) ILL = AK (g,AP) ILL
(12-2)
12-27. Kozeny ve Polsenille'~itliklerl arasmdakl bagl.mb. Yukanda· ki hususlarm kabul edihnesi halinde (12.,2) numarah e§itlik Poiseuille e§itliginden ~Ikanlabilir. (2-11) numaral1 e§itligl a§agidaki §ekilde diizenleyelim.
dV g,APD.
1 A' dO
dV d6
yukar1daki e§itlik, taneciklerin geli§igiizel bir §ekilde topluluk i~erisinde yer aldiklanm, bunlarm arasmda birbirlerine paralel VG e§it biiyiikliikte geQitler bulundugunu ve bu ge~itlere ait biiyiikliii\iin, e§deger ~apa [lasim 2-19 da, bo§luklara ait hacim / bo§lnklara ait yiizeyin alam (toplnluk i~erisindeki)] e§it oldui\unu esas ahr'. 1
' 3
(g,1-'LllP) (A') (D.') 32
=
Kati tanFCikleri tarafmdan meydana getirilen bir topluluk arasmdan bir ah~K:antn aktmt Brownell ve Katz Chern. Eng. Progr., 43:537-548, 601·602, 703-718 (1947) tarafmdan vo farkh bir metodla ele ahnmt~ttr. Bunlar b3Sm~ diisUsiinU sUrtUnme faktOrU ile baAmtth olarak ifade etmisler ve bunun i9in, deAistirilinil} Reynolds saYJSl ve de~il!tirilmi! slirtlinme fakt5rli diyagramt kullanmtjlardtr. Bu bliylik!Ukler ortalania tanecik 9ap1, toplutuk kahnh~t, topluiu~un gOzeneklili!ti (porozitesi) ve taneciklerin kiireselli~i ile belirtilmi~lerdir. Bu metod, tanecik topluluAu aras1nd8.n iki fazh bir abmm ge~tili bali de kapsayacak $ekilde genil}letilmi~ ve bOylelikle, dOner vakum filtrelerinin projelendirilmeleri i9in faydah olmusiard1r. J. Kozeyn, Sitzberg. Akad. Wiss. Win, Math- natunv. K1., Abt, 11 a, 136: 271 (1927); P.C. Carman, Trans. Inst. Chern. Engr. (London), 16: 168: 188 (1938). E~de~er ~ap kiStm 2-19 da, (4) (akt!kan aktmma dikey kesit alam)/(tslattlan ~e) olarak tantmlanmi!}tir. Hem pay ve hem de payda, g~itlerin uzunluklan He 9~rptla cak olursa yukandaki oran, (ge~itlerin hacmi)j(ge~itlerin alant) ~eklini ahr.
(12-3)
4F D,
= aki§kan
alamma dik olan ve tanecikler tarafmdan meydana getirilen toplnlugun kesit alam, m• F = toplului\un gozenekliligi (porozjtesi), bo~tiklarm hacmi/birim topluluk hacmi k = boyntsuz bir sabit S0 = birirn tanecik hacminiu alam, (m)-1 L ·= ala§kan alam1 yoniinde toplnluk kalmhgi, m K ·= toplulni\nn ge~irgenligi, m•
32!-'L
yukar1daki e§itlikte D., e§de~er ~aptlr. Toplnlugun birirn hacmini hesaplama i~in bunn esas ahrsak, ge~itlerin hacmi niimerik olarak F ye e§it ve ge~itlerin alam ise yine niimerik olarak S.(1- F) ye e§it olur. Buna gore,
yukandaki e§itlikte:
A
=
dir ve bu
de~eri,
=
S0 (1- F)
(12-3) numara!I e§itlik\e yerine koyahm.
dV dO =
(g,AP) (A') [ F !l£ 2(1-F) So' 2
2
]
Tanecikler arasmdaki bo§luklara ait ger~ek kesit alanm1n, topluluk kesit alarn ile gozeneklili~in ~arp1mma e§it oldugu kabul, edilecek olursa, A'= AF yaZila111bi!ir. Buna gore,
dV
r
F'
]
d6 -lA 2 (1 - F)2 So2
dir. ·Bu e§itlik, biiyiik parantez e§itligin bir benzeridir.
i~erisinde
(g,AP) llL
yer alan sabit
(12-4) hari~, (12-2)
numarah
12-28. Kozeyn ~ltllglnin SlBirlamala.n. (12-1) numarah e§itlik tanecik toplnluguna ait derinlii\in, ala§kan tarafmdan izlenen ger~ek yo! uzunlugundan az oldui\n hususunu, dikkate almaz. Giinkii ala§kan tarafmdan izlenen yo! diiz olmaYJp, lavrimlidu. Bu sebeple (12-4) de. boyutsuz sabit olan 2 nin yerini k* alu. Bu sabit yakla§Ik olarak, taneciklerin §ekillerine ve yerle§imlerine', ge• ~itlere ait kesit alanlarmm §ekline ve ala§kanm izlemi§ oldui\u yo! uzunlui\unun, tanecik toplnlui\una ait kahnhga oramna bai\hdlr. Toplnluk gozeneklili~i nin ve yiizeyinin, toplnluk kahnhgl ile onemli derecede degi§medigi; bastirilamayan geli§igiizel yerle§mi§ toplul\lklar i~in k sabitinin degeri, ± %5 ilil. 10 ara* P.C. ClU"J!llUl, Trans. Inst. Chern. Engr. (London), 15: 150-.166 (1937). 1
J.J. Martin, W.L. McCabe and C.C. Monrad, Chern. Eng. Progr., 47: 91-94 (1951).
673
072
smda bulunmu§tur 1•2•3• Bastmlabilen topluluklar takdirinde (kek, c;Okelti vs) ne k degeri ve ne de ger<;ek spesifik yiizey S. sabit lt-alrnaytp, basm~;la degi§mek· tedir'. Bu durumun a~;tklaninast lastm 12-33 de yapuaca1..1:Ir.
(12-2) numarah c§itli!..-teki L yerine (12-5) numarah e§itlikdeki degerini koya-
hm. dO
12-29. Sabit ba.sm!)ta siizme.. Siiztne d"'bisi igin (12-2) nurnarah e§itligin kullanJ.!mast, sabit bir kaht;~hkta bulunan ve taneciklerden olll§an bir topluluk arasmdart, ala§kantn alanast i~in kullantlrnasmdan olduk<;a farkhdtr. Siizme operasyonu ba§ladtj!I anda filtre kekinin ger<;ek kahn!tg, stfrrdtr ve siiztne siiresince artar. Bu sebeple (12-.2) nurnarah e§itlik, diferansiyel bir e§itlik §Cklinde }azllnu§ olup, bir anhk siiztne debisini verme!.:tedir. Sabit basm<;ta yapuan siiztne operasyonu i<;irt, zaman ve siiziintii hacmi arasmdaki baj!Intt, bu e§itligin entegrasyonu ile elde olunur. Bunu yapabilmek i<;in kek kalmhgUUrt, siiziintii, hacmi ile bagmtllt olarak belirtilrnesi gerekmektedir. Bu bagmtt, kekdeki ·kab madde aguhj!Intn filtreye gonderilen karllirmdaki kan aitJ.rhgma e§it olrnast (siiziintiiye kab madde ge<;medigi hal i<;in) sebebi ile, katl madde i<;in bir kiitle dengesi kurularak dde olunabilir. Kek kahnhgmm L metre oldugu herhangi bir anda,
F3
dV"" [
k(l-
A 2 [p,(1-w)(1-F) -Fpw]g.M>. Vp,wJl
]
F)2 S 02
(12·6)
Yukandaki e§itlikte AP., kekin iki yiizii arasmdaki basm<; farla olup, kgr-kuvve't/rrf: olarak birimlendirilir. (12-6) nurnarah e§itlik, sadece siiztne debisini et• kileyen faktorleri gostermesi yoniinden faydaltdtr. Kek gozenekliliginin ve yiizeyinin onemi a<;tkca goriilmektedir. Bu faktorlerde meydana ~elen degi~meler siiztne debisinde biiyiik degi§melerin meydana gelrnesine sebep olur. Bu sebeple bir ktstm kan§unlar, meydana getirildikleri §artlara kar§t gayet hassastrrlar; zamart, kart§tirJ.!ma derecesi ve diger degi§kenjer1 bunlara ait kara!..-teristikleri biiyiik ol<;iide etkilerler. . (12-6) numarah e§itligin biraz degi§ik bir §ekli olduk<;a stk kullanutr".
dV
A 2 (1- mrv)g.t.P.
de -
(12·7)
VpwJla
Kekdeki katt madde aj!Irhg, = LA(1 - F)p, olup; bu e'litlikteki p,, keki meydana getiren !t-an par~actkl
= (V +FLA)(p)(1
Yukartilaki e§itlikte m. ya§ kek aj!Irhgmm ytkanmt§ kuru kek ajttrhl\ma orant ve a, kekin spesifik direncidir. m nin tammmdan, m=
"'w) .
yukandaki e§itli1.-te;
+
LA[(l- F)p,+Fp] (1- F) p, Fp . LA(l F)p. (1-F)p. 1 -mrv-
p.(l-F) (1-w)- Fprv (1 F)·.P•
(12-8)
6nce (12-8) numarah e§itligi (12-7) numarah e§itlige yerle§tirelim ve sonra, meydana gelen yeni e§itligi (12-6) numarah e§itlikle kar§tla~ttrahm.
= filtreden <;tkan siiziintii hacmi, m' p = siiziintiiniin yogunlugrt, kgr-l.:iitlejm' w = besleme alammda lt-ah maddenin aj!Irhk fraksiyonu V
"-
k(1- F)S0 2 1 F 3 p. - Kp,(l-F)
(l 2•9)
Yukandaki baj!Inttlan e§itliyelim. K ve p, icin kullamlan birimler yardtmt ile
LA(l-F)p,- (V.+FLA)(p)( "'.,) 1 L 1
• • 4
H.P. P.C. J.M. H.P.
=
Vpro A[p,(1-w)(1-F)- Fprv]
Grace, Clumr. Eng. Progr., 49: 303·318 (1953). Carman, Tl'tlll$. lnst. Chern. Engrs., (umdon), 15: !5Q-!66 (1937). Coulson, Trons. lnst. C!rem. Engr. (London), 27: 237-257 (1949). Grace. loc. cit.
Cl.
nm birimi, m/kgr-kiitle ohirak
bulunur.
(12 5)
12·30. Sablt ba.sm!)ta sUzme - sllzgll!) bezi dlrenci l!)ln dllzeltme. Kekin iki yiizeyi nrasmdaki basmcm I!.P, dogrudan dogruya okiilememesi sebebi ile, (12-6) ve (12-7) num,arah e§itlikler gene! oiarak bir dereceye kadar de~i~tirilir· t
' I.
H.P Grace, Clr
c;:atal~
-
Kimya MUhendisligine Giri!
F. 43
674 675 ler. Ol~:>iilebilen basml) farla gene! olarak sadece, filtreye besleme alammm girdigi nokta ile siiziintiiniin filtreyi terk etti!!i noktalar arasmdaki farktrr. Boyle bir durumda tiim direnci bulmak il)in siizffie ortammm (ve buna ait yarduncmm), siiziilecek kan§mnn ve bo~albm borularmm direnl)leri, kek direncine illlve olunmabdu. Pek.!;qk dururnlarda siiziilecek kari§Imm ve bo§altun borularmm diren~:>leri, iyi bir §ekilde projelendirilmi§ filtrelerde, ibmal olunabilecek kadar azd1r. Siizme ortammdan iferi gelen diren!,! her zaman ihmal olunamaz. Bundan ba§ka, sadeee siizme ortammm kendisine ait direnl) kullarulmamali; siizme ortarm gozenelderine giren taneciklerin direnci de gozoniine ahnmahdir. GOzenekleri arasmda tane~ilder bulunan bir siizgel) bezinin giistenni§ oldugu direnl), temiz bir siizge!.! bezinin direncinden oldukl)a farkhdir. Siizgel) bezinin gerl)ek direnci bir. deneyle bulunmahfhr1• Siizge!,! bezi veya dill;er bir siizme ortarm giizenekleri arasma giren tanecilderin gBstermi§ oldull;u illlve diren!,!, ger(.!ekte var ohnayan L 1• kabnhll;mdaki bir kekin all;~rh!!• ile belirtilir. Gerl)ekte var olmayan bu kek all;~rhll;ma ait siiziintii hacmi V 1 ile giisterilecek olursa, (12-5) numarah e§itlik a§a!!•dak §ekilde yaz•labilir.
(12-10) Bu durumda (12-6) numarab e§itlik,
dV dO
=
d(V+V,) dO
+
=
A 2(1-mw)g,AP (V+V1)pw(.L« ·
*
B;F. Ruth, Ind. Eng. Chem., 27 : 806-816 {1935). B.F. Ruih, Ind. Eng. Chem., 27:708-723 (1935).
I
K[p.(l-w)
~~;:- F)-Fpw]d8
PW!-'
I
Oze! bir hal i!,!in p, w , p ve 11 sabit olurlar, !,!iinkii bunlarm herbiri o ·ozel hal il)in bulunmu§ degerlerdir. Gozeneklilik F, spesifik yiizey S.,, boyutsuz sabit k ve m oram gibi diger de!!i§kenler, bastmlamayan (Sila§tmlamayan) bir kekin siiziilmesi esnasmda sabit olarak kabrlar. Bastmlabilen (stla§tmlabilen) kekler takdirinde biitiin bu degi§kenler, taneciklerin kek iQerisindeki durumlanna bagb olarak degi§irler. <;iinkii basmg, kekin fiziksel sila§tlmmasmt siiziintiiniin alam yoniinde artmr. Bununla beraber pek ~:>ok kan§tmlar il)in, .biitiin bu degi§kenlerin pek azt bUinir. Bu sebeple yukandaki bagmtmm a§a!!idaki §ekilde yaztlmast' daha yaygmdtr.
.
+ Vf )d(V+ V)I
[V+Vr (V
(12-12)
t-e,
I·V+V,(V+V)d(V+V)=A'g.APje-e, (1-mw)dO
, 0
(12-11)
Srmr de!!erlerin iyi 1>ir §ekilde se!;ilmesi halinde (12-11) ve (1$-12) numarab · e§itlikler, sabit basml)ta siizme operasyonu il)in entegre edilebilirler. Siiziilecek kan§tmm filtreyi doldurdull;u an sifu almtr ve 6 zaman sonra ele gel)en siiziintiiniin gerl)ek hacmi _v olursa, -61 anmda V + V 1 hacmi stfu olnr~ Bur&da Of, siizme ortamma ait direncin hesaplanmasmda gozBniine ahnmaia gereken ve gerl)ek olmayan bir kekin {siizme· ortarm delilderine yerle§en katt par(.!acJklann meydana getirdill;i), olu§umu il)in geQen zamandtr. Siizme ortam1 kanallanndaki 1
W+V,}d(V+V,)=A'g.AP
veya
J0
Yukar1daki e§itlikte !J.P, kek ve siizme ortammm (siizgel) bezi vs) iki yam arasmdaki tiim basmc farla olup, kgr-kuvvet/m" ile belirtilir. Yukar1dakine benzer '!Ckilde, (12-7) numarah e§itlik a§all;tdaki §ekli ahr.
+
J:+Vf
[V+Vf (V
KA 2 [p,(1-w)(1-F)- Fpw]g.AP (V v,)pw(.L
dV - d(V V,) da = dO
siiziintiiyii ihmal edecek olursak, 0 anmda tiim hacim V +V 1 dir. Buna gore,
J0
=
A 2g.APK[p,(l-w)(1- F)-Fpw]fo d8 pw(.L
+ V )d(V+ V) = I
A'g.AP(l-mw}
I
OW!-'«
fa d8
-e,
'-Of
Yukandaki e§itlikte K, F, m ve a gibi de!!i§keuler, elde olunan kekin son durumuna ait ortalama degerlerdir. Sabit basmQta yapilan siizme operasyonunda, deney sonuglarmdan bulunduguna giire"", kekin ortalama giizeneldilil!;i ve belirli bir basmQ ~arkr takdirinde kekin spesifik ortalama direnci, sabit kaltr ve kek kahnhgma bagh de!!ildir. E§itlilderin entegre edilmi§ §ekilleri a§agtdadir.
(V+ V1) 2 - C(6+61 )
(12-13)
2
Bu e§itlikte
C= 2A g.APK[p.(l-w) (1-F)- Fpw] pw(.L
C= 2A2g.AP(l- mw) PW!-'Cit 1
•
(12-14)
B.F. Ruth, G.H. Montillon and R.E. Montonna, Ind. Eng. Chern., 25 : 76-82 E1933). Bu konuda daha fazla a~lklama B.F. Ruth, Ind. Eng. Chern., 21:708-723 (1935). H.P. Grace, Chern. Eng. Progr., 49 : 367-377 (1953), appendix A da bulunabilir.
676
677
. (12-13) e§itlijp, V, 0 ya kar§tt olacak §ekilde bir grafik kagtdma yerle§t~irse, tepe noktast (-61 , V 1) olan bir parabol verir. Siizme operasyonunun izlenn§ ol
Tablo 12-1.
Filtrenin iki ucu arasmdaki basm~ fark1.
Filtrenin iki ucu arasmdaki basmy farkl.
2,1 kgrfcm'
3,5 kgrfcm"
12-Sl. (12-18) numa;rah e§itlikUlki sabitlerln bulunmast. (12-13) nu• marah e§itliktek.i V1 , 61 ve C sabitleri, sabit ve belirli bir basm~ farla i~in siiziintii hacJllinin. zamamn bir fonksiyonu oldugu deneyle bulumnasmdan sonra elde olunabilir. Deneysel ~ah§malardan V 1 , C ve 61 sabitlerinin elde edilmesinde en uygun metod, (12-13) numarah e§itligin tiirevinin ahnmast ile olur.
Siizme zamam, sanwp.
(12-15) Yukandaki e§itlikten gorUdiigll gibi, debi degeriniu tersi d6fdV, V degerine kar§It olacak bir grafik kllgtdma yerle§tirilecek olursa, diiz bir dogru elde edilir ve bunun egimi 2/C , y &ksenini kestigi noktanm degeri ise 2V1/C dir. Bu diyagramm hazrrlam§I en kolay §U §ekilde yapilabilir. Once hem V ve hem de 0 nm farklan ahmr, sonra 6 farklan V farklar1 ile boliiniir. Dikdortgenin yiikseklig; olarak .:l&/.:lV degerleri almarak diyagram haZirlamr. Bu §ekilde hazrrlaDIDI§ bir diyagram 12-21 de gosterilmektedir. Dikdortgenlerin iist kenarma ait orta noktalar •hnarak diiz bir dogru c;izilir. Dogrunun c;iziminde dogru altinda kalan ii~gen alan· v Sekil 12-21. Siizme ~itli~indeki sabit- lanmn dogru iistiinde kalan iic;gen alanlanna hemen hemen e§it ohnasma dikkat lerin bulunmast. edilmelidir. Bu dogrunun egiill ve kaytmmdan (y ekseni kestigi noktamn degerinden) K ve V1 kolayhkla hesaplanabilir. (12-'13) numarah e§itlikten 61 , V ve 6 deger c;iftleri i~in hesaplanabilir. K YI meydana gefiren c;e§itli faktorler bilinecek olursa «, siizrue operasyonunun yiiriitiildiigii basmc; i9in hesaplanabilir. Sabit 'basmQta siiZIDe operasyonuna ait ~e§itli deneysel sonuc;lar var oldugu takdirde, her ·basmc; ic;in « degeri hesaplanabilir ve bu degerler bir grafik kagtdmda basmca kar§It olarak yer ahr. Ornek 12-1. Herbiri 51 mm kahnhkta iki adet ~er~eve kullanan ve 0,093 m" tUm ak: tif siizme yUzeyine sahip olan 152 mm Iik plaka ve !;erceve tipi bir filtre ile yapllan Iaboratuar calt~malannm sonuclan 1 w;;a~1da verilmi:,tir. Katsiyum karbonatm su i~erisindeki sus-
pansiyonu kullamlmaktad1r. 1
·
E.L. McMillen and H.A. Webber, Trans. Am. Inst. Chern. Engrs., 34:213-240 (1938).
Sabit basmcta yapllan silzme i,lem.i ile ilgili deney sonur;;lan.
I
Silziintii kiitlesi,
kgr-kiitle
Siizme zamam, saniye
I
Siiziintil kiitlesi,
kgr-kiitle
0
0,00
0
0,00
26
2,27
19
2,27
98
4,54
68
4,54
211
6,81
142
6,81
9,08
241
9,08
555
11,35
368
11,35
788
13,52
524
13,52
1.083
15,89
702
15,89
361
I
-
Islak kekin kuru keke aitrhk oram ... 1,473
Kuru kekin yo~unlu~u. kgr-kiitlejm3
.. 1,1~2
1,470 1,177
Kar~tmda CaCO., iin a~trhk fraksiyonu = 0,139 SiiziintiinUn viskozitesi = 3,06 kgr-kiitle/(m) (br) Siiziintiiniin yogunlugu 996 kgr-kiitle/m3 CaC03 Un yogunlu~u = 2.630 kgr-kiitlefm'
=
Her deneme iyin 3.$agtdaki hususlan hesaplaymtz : (a)
V1 ve
61 in dejerleri
(b)
Spesifik kek direncinin ortalama de~eri
(c)
Kek ·gOzenek.IiA:inin ortalama deA:eri
COziim. Yukanda verilen bilgiler daha Onceki .ktstm.larda kullamlan birimlere sahip dejillerdir. Bununla beraber verilen bilgiler dojrudan do~ya Jrullanllabilir ve sonradan, uy~ gun olan birimlere dOnii~tUriilebilirler. Verilen bilgilerdett A.O', 1:1 W ve 01:1'/AW dejerleri hesaplamr. Bu de~erlerle 1ekil 12-22 meydana getiri!ir. 2,1 kgrfm" de~erindeki sabit basm11 altmda yapdan sUzme operasyonuna ait lUzumlu bilgi ve hesaplamalar R!j:a8tda gi:isterilmektedir.
678
~79 12~2.
Tablo II.P
0' aani)e
0
= 2,1 kgr /
w
AO
ksrr
26
2,27
98
4,54
211
6,81
72
150
555 788 1.083
2,27
w kgr
0
.o
19
2,27
11,45 31,70
2,27
68
4,54
142
6,81
0
113
361
0' saniye
11.0'/AW
0 26
~r;/
3
II.P = 3,5 kgr / em2
em2
II.W
v,=996=0, 0,413 0004t 3 5m
Deney sonur;lanna ait tiirev dejierleri.
49,80
2,27 2,27
66,00 241
9,08 194
2,27
233
2,27
102,6
295
2,27
130,0
368
13,52
524
I
15,89
702
II.W
19
2,27
49
2,27
11.6'/AW
8,37 21,6
74
2,27
32,6
99
2,27
43,6
127
2,27
55,9
!56
2,27
68,7
178
2,27
78,4
15,89
Zaman birimi olarak. saniye kullamldi&t irrin
3~,:0~ (6' + 6/J
(12·13 a)
Yuk.and~:'ki e,itlikte 6' = saniye olarak za. mandir. (12-13 a) ~itli8inin tiirevini alahm ve
l
Sekil 12-22. Omek 12·1 in 7.200- ~05 Cp• ' 7.200 Cp•
w,
-3,31
~oziimli.
ba~tan
dii:;:enleyelim.
d6' (2)(3.600) W dW= Cp2
+
(2)(3.600)(Wf) Cp' '
7 200 c = (8,05) • = 0,903 x to-• m8 /saat (996)2 W1 =.3,31
= 26
w = 2,27
i!;in
= 28,8 - 26 = 2,8 61 = 7,8 X 10 4 saat
61'
( 7~:)
saniye
Spesifik kek direncinin ortalama de~eri «, (12-14) numarab ~itlikten hesaplan1r. a = 2 A• g. II. P(t p C p. w
= 0,951 X
1()11
mw) __(~2~)(~0~,0:,93::!}',.:(=t=:27~x_:t::0'~)~(2~,::.,1O.:XO:tC:O'~)~(=:t-:::~0::,2::0::5,_)
(996)(0,903 X t0-0)(3,06)(0,t39)
m/kgr-klitle
Kekin ortalama gozeneklili~i (porozitesi), kuru kekin ve CaCO, lin yojiunluklan ile ilgili bil· giler yardmu ile hesaplanabilir. COziime esas olarak 1 m' kuru kek nhnacak olursa, (1 -F) p,
F = 1-
Tablo 12-13.
yeni
6'
+ W1'f-6'
= 1.182
1.182 _ ·= 0,55 2 630
3,5 kgr/cm2. basm!; altmda yiiriittilen slizme operasyonuna ait de~erler a$8jtdadir.
13,52
abr.
~
6,'= 4,02(W
11,35
Sekil 12-22 ~en doArunun eAimi 8,05 saniyef(kgr-klitle)" ve kay1m1 (y cksenini kestigi noktruun dejieri) 3,31 saniyefkgr-klitle olarak bulunur. (q-13) numar~h qitlik, siiziintiinlin a~uhix olarak yazilacak. olursa,ru;a&tdak.i !,lekli
":Qi<1' •
(t2-13 a) numarah "'iitlik kullamhr.
9;08
85,60
11,35
11.0'
i~in,
= 4,02 oldujiu
= 0,413 kgr-klitle
Sabit
basm~
altmda yiiriitUlen bir slizme operasyonu ir;in hesaplanan deAerler. Basm~Farkl
------
k_s'-~-~-----l---3-,5-~---~-·rrr _____
------------------------!--2_,t__ E~im (~ekil t2-22), saniyef(kgr-klitle)' Kay1m (!ekil t2.22), saniye/(kgr-klitle) C ("'!itlik 12-13 den), m8 /saat ............ W 1, kgr-klitle .................................... V 1, m' ............................................. 61, saat .................... ......... ..... ........ a, m/kgr·klitle .... .... ............... .......... F ....... ... ...... .... ............... ............ ....
8,05 3,3t 0,903 X 10-o 0,4t3 4,15 X to-• 7,8 x to--< 0,957 X 1011 0,550
5,26 2,65 1,38 X 10__. 0,504 4,65 X tO--< 3,3 x to-• t,04 X t0 11 0,548
Ornek 12-1 de kullamlan basm~ farkmm iizerindeki basm~larda, CaC03 suspansiyonunun hemen hemen sda.~tmlamaz karakterde oldugu deneme ile bulunmu~t.ur. BunuDia heraher daha dii~iik basmr;ta siizme operasyonu i9in bulunan dejerlerl, spesifik kek direncinin ortlama de~erlerinde ~ok fazla de8i$me gOstermektedir. 0,35 kgr/c~ lik bir bas1n9 i9in, ape~ sifik kek direncinin ortalama de~eri 0,591 X 1011 mfkgr-kUtle dir.
1 E.L. Me Millen and H.A. Webber, loc. cit.
681
680
12-32. Bastmlabllen (slln!jotmlabllen) kekler. Bastmlabilen kekler takdirinde kekin giizeneklili~i ve spesifik direnci, ciikelen kekin kahnh~ma ba~h olarak de~i§ir. Her noktasmda mnntazam bir giizeneklilik giist..,•en va bastmlabilen bir karaktere sahip olan kekin, giizeneklili~i ve spesifik direnci iizerinde mekanik bastlrma geriliminiil etkisi incelenecek olursa, ilgilenmeye de~er sonu~;lar ahmr. Bu husus, kat1 taneciklerinin meydana getirmi~ oldu~u topluluk iizerindeki basm~, ba~tmstz olarak mekanik ara~;larla degi§tirilebilen cihazlar kullanuarak temin edilebilir. Kat! tanecikler iizerine basmcm uygulanmasmdan sonra, stvt ayrt olarak cihaza giinderilir ve uygulanan basmca oranla kiiciik
m§lart ile ilgili pek Qok konuyu aQtkltga kavu§tururlar. $ekil 12-13, son derece ince iigiitiilmii§ talkdan olu§im ve bastlruabilir bir karaktere sahip alan, bir kek ile yapilan deneme sonuQfanm giistennektedir. Absis boyunca yer alan P, basmct, kek iizerindeki mekanik Sikt§tmlma basmmdtr. Spesifik kek direnci («,.) ve kiik giizeneklillgi (F,) nin oldukca fazla degi§me giisterdikleri §ekil 12-23 ve 12-24 den kolayhkla giiriilmektedir. ~.
o,e 0,.
n
n. n~
0.07
0,7
B
'0
$ekil 12-24. Kek gozenekliliiiinin F,. kek iizerindeki s!la$brma gerilimine baiib olarak dejti$imi.
0,7
70
Basmc, Sekil 12-23. Spesifik kek direncinin
a.P,
kek iizerindeki stkt~hrma gerilimine ba~h olarak
dejj~imi.
alan bir basm~; farla altlnda, stvtmn kati tanecikleri arasmdan gecmesine izin verilirt,2,3, Bu denemcye bask!- ge~;irgenlik dei'emesi adt verilir. Deneme siiresince kekin her. noktasmda kek iizellikleri muntazam oldu~u icin, sp~sifik kek direnci ve kek giizenekliliginin iilQiilen de~erleri, aym stkt§tmlma geriliminin etkisinde kalan ve sonsuz saytda bulunan kek tabakalarma ait de~erler olarak dii§iiniilebilir. Bu degerler endiistriyel siizme operasyonlarmda keklerin davraB.F. Ruth, Ind. Eng. Chern., 38; 564-571 (1946). •· H.P. Grace, Chern. Eng. Progr., 49; 303 • 318 (1953). • F.M. Tiller, Chern. Eng. Progr., 49 ; 467 - 479 (1953).
Belirli bir. stvt yiiksekligi ile ifade olnnan- kekin iki yiizii arasmdaki basmQ farla, bu farka orlmla ufak bir kek kalmhgt veren (endiistriyel siizme operasyorilartnm QO~nnda durum biiyledir) yatay veya dii§ey kekler iQin, "• nin herban·gi bir andaki degeri ile spesifik .kek direncinin ortalama degeri arasmda, a§a' gtdaki bagmtt vardtr1 .
a-
- -::-;---,4;-P.=---·-
fAP. dP,
J0
a.p
Sabit basmQta. yaptlan- bir stizme operasyonuna ait spesifik kek direncinin ortalama degeri, stla§tmlma - gecirgeulik ile ilgili bilgilerden fay<:lalanarruc hesaplanabilir. Kekin iki yiizii arasmdaki bastnQ farla ile, spesifik kek direnci ortalama degerinin de~i§imi, §ekil 12-23 de verilen a, ve p, degerlerinden yarar1
H.P. Grace, Chern: Eng. Progr., 49; 367-377 (1953).
683 !anarak aym maddeler iQin, §ekil 12-25 de gosterilmektedir. Bu metod yardimt ile ve stk;§tmlma - ge9irgenlik bilgilerinden yararlanarak bulunan spesifik kek direncinin ortalama degeri, sabit basmQ altmda ytirtitiilen gerQek stizme operasyonlarmdan elde olunan degerlerle ±·%10 uyu§maktadtr*.
COziim. 2,1 kgrjcm2 basm!f i!rin:
v, = 0,000415 m' «
= 0,957 X lOll
R
=
.
= 0,093
m/kgr-kUtle
p
m•
m
= 996
= 1,473
(996) (0,139) (0,957 X 1Qll) (4,15 X 10-<) ·0,093 (I - 0,205)
kgr/m'
w = 0,139
= 7,43
XIO" m-t
R
- = 0,777
£A '::>
ct.
-" ..!.
3,5 kgr/cm::. basm!f i!fin:
~ ~.~r---r-~~+H~--r-~~1+H-~
R
"E' . .~;.td''l---t--t-t-l-++++t--::;;,..-""'t--1--1--1-l-+ll+t-----1 1--
'
.... nin APc ile
pw«
~ A(1-mw)
de8i~imi.
V
1
1010 m-1
AP
=
(V+ .VJ)P w [.L « A'g.(l
mw)
(dV) de •
(12·18)
(12-17)
R "' 0,5 « Yukandaki bagmll Qok ince kekler hariG, endtistride kar§tla§acagtmtz siizme operasyonlar1 ile ilgili hesaplamalarm pek Qoguna, yeterli bir kesinlikle uygulanabilir1.
Omek 12-2. Omek 12-1 deki deneme !fah~malarmtn herbiri i!(in siizme ortammm (siizge9 bezi vs.) direncini hesaplaym1z. Bulunan deSerleri R :::: 0,5 et ile kar~ala~tmmz.
yukandaki e§itlikte (dVfdO)<= sabit stizme debisi, m'/saat. V + V1 = (dV /d6).(6+61) oldugu iQin pw[.L«
AP~ A'g.(l-mw)
(dV)' dO • (O+Ot)
(12-19)
(12-19) numarah e§itligin bir benzeri, geQirgenlik iQin Qtkanlabilir.
(12-19) numarah e§itligin bastiruamayan (stkl§tlruamayan) kekler iQin kullantlmasl biQ bir gtiQltik Qlkarmaz, Qlinkti I:;P ve 6 hariQ diger btittin terimler sabittir. Bu sebeple herhangi bir zaman veya stiztintti hacmine tekabtil eaen baSlllQ farkt hesaplanabilir. Hem spesifik kek direnci a. ve hem de m oram degi§ken olduklarmdan, bastmlabilen kekler takdirinde problem Qok daha karl§lktlr. Sabit debide stizme, sabit basmQta stizmeye oranla daha az uygulama alam bulur. Bu sebeple konu tizerinde daha fazla durulmayacakttr. 1
H.P. Grace, Toe. cit.
x
12-33. Sabit debide siizme. Stizme operasyonu sabit debide yaptlmakta ise, (12-12) numarah e§itlik a§agl(\aki §ekilde· yaz1labilir1•
ve bu e§itlikte R (m-1 olarak), filtrenin kendi direnci olursa; belirli bir madde takdirinde R degerir.iri, siizme basmc1 farkmm artmaSl ile artacagt bulunmu§tur. Yaptlan deneysel gozlemler R ye ait ntimerik degerlerin, spesifik kek diren· cinin (ortalama) 0,25 ilil 0,50 masmdaki bir say1 ile Qarptmma e§it oldugunu ortaya koymu§tur.
* H.P. Grace, lac, cit.
9,06
Her iki de~er de yukanda verilen de~erden biiyiik !rlkmaktad1r. Fakat kti~iik ntimerik de~ 8erlerin kesinlikle hesaplanmast son derecede zordur. Bu sebeple yukanda bulunan sonu~lar olduk~a iyidir.
Filtrenin kendisine (stizgeQ bezi, filtre levbaSl vs. gibi) ait direnQ a§agtdaki §ekilde tannnlanrr.
R
X I0-4 )
R a:= 0,872
l-
APe, Kgrjcm.. Sekil 12-25.
= (996) (0,139) (1,04 X 1011) (4,65 0,093 (I - 0,205)
qGM~"o!:-:o""7;----'--'"'~..!....L..LL':;!-0,7::;--L-__.l__.L_.CL.LLLl-:1;7--'
1
A
B.F. Ruth, Ind. Eng. Chern., 27:716 (1935). E~itliSin bu $ekli, stizme ortamma ait direncin sabit a~trhktaki katt maddeye ger!;ekten ~de8;er ·oldu8u hal i!(in ge!;erlidir ve bu sebeple R/a. sabit kabr.
6R5
12-34. Doner slllndirik flltreler. Doner silindirik vakum filtresi iizerinde, kekin toplanmasi esnasmda varolan §artlar, a§agi yukan sabit basmc;ta yapilan siizme operasyonu §artlarma e§degerdir. Basmc; farki, atmosfer basmm ile silindir ic;erisinde temin olunan basmcm farkina e§ittir. Sililldirin bir kismi· mn c;iizelti i~erisine daldirilmasmdan sonra kisa siireli bir ba§lang~c; peryodu vardu. Bu esnada silindirin ic; · k1smmdaki basmc;, atmosfer basmcmdan c;ah§· rna basmcma dii§iiriiliir. Basmc; fark1 her ne kadar degi§irse de, bu degi§me ge• nel olarak ihmal olunur. Sabit basmc;ta yap1lan siizme operasyonu belirli bir siire devam eder ve bunun uzuruugu hem daldmlma ac;ISina ve hem de silindirin diinme h1zma baghdn. 1)1' silindirin daldmlma a<;ISI ve N silindirin birim zamandaki diinme say1si ise, silindirin siiziilecek c;iizelti ic;erisine daldmlan yii"zeyinin fraksiyonu /N, silindir iizerindeki belirli bir c;iz· ginin daldmlma siiresini giisterir. (12-12) numaral1 e§itligi birim siizme alam ile tanrmlanacak §ekilde yeni ba§tan diizenleyecek, nygun limitler arasmda entegre edecek ve birim zamana dii§en tiim siizme alamm, siizme yiizeyi ile tammlayacak olursak, a§agidaki §ekilde bir e§itl~ tiiretilebilir1 • (12-20) Yukandaki e§itlikte, V'
= birim
zamanda elegec;en siiziintii hacmi
v. = silindir yiizeyinin tiimiirre ait gerc;ek direnc;le orant1h siiziintii hacmi e = siizme ortammm direncine e§deger kek direncinin meydana gelmesi" ic;in ge~en zaman. Bunun biiyiikliigii, donme lnZina bagh olmay1p, sadece siizme basmci farkma ve siiziilecek c;iizeltinin ozelliklerine baghdir.
hava tarafmdan kekden uzakla§tinlmasi esnasmda durum, tek fazh siVI akimmda oldugu kadar basil degildir ve iki fazh ak1m meydana gelir. Operasyonun bu k1smi ic;in bir metod geli~tirilmi§ olmakla beraber', bu konuya kitabimizda yer verilmeyecektir.
12-35. Kekin ytkanmas1. Siiziilmesi istenilen kan§Imlann pek c;ogunda siiziintii sa£ bir c;oziicii olmay1p, c;iiziinmii§ maddeler ihtiva etmektedir. Kek tarafmdan tutulan siiziintii, diger bir operasyonla kekden uzakla§tmlmayacak olursa, kurutma operasyonu gibi bir operasyonun uygruanma·si halinde sivi faz kekden uzakla§Ir ve c;oziinmii§ maddeler kekde kahr. Levha tipi filtrelerde y:tkama sivisi, siiziintii ile aym yonde keki gec;er. Pi aka ve c;erc;eveli filtrepreslerde y:tkama SIVISI kekin biitiiniinii gec;er, fakat siiziintiiniin izlemi§ oldugu yolu izlemez. Y1kama SIVISimn kek iizerine piiskiirtiildiigii doner silindirik vakum filtreleiinde, y1kama sivisimn yonii siiziintii ile ayuidir. Fakat kek, y:tkama ba§lamadan once kek ic;erisinden gene! olarak hava gec;irildigi ic;in, SIVI ile doymn§ degildir. Plaka ve c;erc;eveli filtrepreslerde levhah filtreler takdirinde, yikama esnasmdaki akim debisinin hesaplanmasi, · y:tkama esnasmdaki §artlarm siizme operasyonunun sonunda varolan §artlarla aym old)lgu hususu11u esas almi§lir. Bu · hususun tam olarak ger~ekle§medigi. {\ogrudur. 30,5 em lik bir plaka ve c;erc;eveli filtrepresin, y:tkama SIVIsma ait tahmin olunan ve gozlenen akim debilerinin kaqiia§tmlmasi, gozlenen akim debisinin gene! olarak daha az oldu~unu ve tahmin olunan akim debisinin 1%70 ill\ %92 si arasmda bruundugunu gostermi~tir". Y1kama siiresince varolan §artlarm siizme periyodunun sonundaki ~art larla aym oldugu kabul edilecek olursa, (12-15) nurriarah e§itlikten a§ajtldaki sonuc; ~Ikariiir.
(12·21) C nin hesaplanmasmda kullamlan alan, silindirin c;evresidir. (12-20) numarah e§itlik, hacim/diinii§ ile zaman/diinii§ arasmda parabolik bir bagmi:I olup, plaka ve c;erc;eveli veya levhah filtreler takdirin,de, sabit basmc; altmda yapilan siizme operasyonlarmm (12-12) numarah e§itliginin bir benzeridir. Bir siizme operasyonu ile ilgili yeteri kadar bilgi elde bnlundugu takdirde, (12-20) numarah e§itligin kullanilmasi sureti ile donme hiZI, siiziilecek c;iizelti derinligi ve diger degi§kenlerin etkileri hesaplanabilir. Kekin yikarrmasi ve kek ic;erisinden hava gec;irerek (§ekil 12-17 ye bakmiZ) nemin uzakla§tirilmasi, siizme periyodu kadar iinemlidir. Bu periyodlar siiresin· ce ak1mm laminer biilge ic;erisinde olmas1 gerekmez. Bundan ba§ka, SIVI fazm 1
1
B.F. Ruth and L.L. Kempe, Trans. Am. lnst. Chern. Engrs., 33 : 34-83 (1937).
(12-21) numarah e§itlik sadece filtreyi terkeden siiziintii hacminin V m' oldugu andaki siizme debisini gostermekle kalmaz; ayu1 zamanda y:tkamanm, siizme siiresince varolan basing farki altmda yiiriitiildiigiinii ortaya koyar. AyriCa levhah filtre ic;in, y1kama suyu akim debisini de gosterir. Plaka ve c;er~eveli filtrepresler takdirinde y,1kama c;iizeltisinin gec;mi§ oldugu alan, siizme siiresince kuJJa, mlamn sadece yariSidir. Buna kar§Ihk kek kalmhg1 siiziintiiniin gec;tigi kalm1
L.E. Brownell and D.L. Katz, Chern. Eng. Progr., 43 :703 -712 (1947); L.E. Brownell and G.B. Gudz, Chern. Eng., 56 (9): 112-115 (1949); L.E. Brownell '!Dd H.E. Crosier, Chern. Eng.., 56 (10): 124~127, 170 (1949); Brown and associates, «Unit Ope~ rations,• John Wiley 3.nd Sons, Inc., NewYork (1950), bOIUm 18. E.L. McMillen and H.A. Webber, Trans. Am. lnst. Chem. Engrs., 34:213-240 (1938).
6R7
686 hgm iki kat1 kadard1r. Bu sebepten y1kama siiresine ait ak1m debisi, siizme siiresinin sonuna ait akuu debisinin dortte biri kadar olacaktlr. <;oziinmii§ maddenin belirli bir yiizdesini uzakla§tlrabilmekten . emin olabilmek igin kulbmlmasl gereken suyun miktanm, onceden hesaplamak gene! olarak miimkiin degildir. Y1kania s1v1smm izlerr.i§ oldugu yo! ile siiziintiiniin izlemi§ oldugu yo! aym olan, gozene]di pargaCiklar toplulugu ile yap•lml§ denemelerin giisterdiglne gore y1kama debisi, topluluk gozenekliligi ve pargaCik §ekline pek az bagh olmasma kar§lhk, pargac1klarm gaplarmdan pek fazla etkilenmektedir'. Kek igerisinde ba§lang1gta bulunan siiziintii hacmine e§it miktarda yikama SlVlSl kullamld1gl takdirde, siiziintiiniin uzakla§tmlma debisi, yerini alaoak y1kama debisine ait bir noktaya yakla§lr. Kullamlan yikama s1vJsmm hacmi, kek igerisinde ba§lang1gta bulunan siiziintii hacminin iki katl kadar oldugu zaman· yikama, yerini alma §eklinden difiizyon §ekline degi§ir. Omek 12-3. Ornek 12-l de slizme deneyi i9in kullan~lan kam;tmm 90k az mikdarda maddeye sahip otdu&unu, fakat kan~Imm ve sliziintlinlin O~elliklerinin. ~egismedi: ~ini kabul ederek, 2,1 kgr/cm'l basm9 farkl altmda yapilan y1kama operasyonu 1~m ·gereklt zamam hesaplaymtz. Y1kama operasyonu 2,.1 kgr/crrF bastn!r altmda yaptlmakla beraber kullamlan y 1kama suyunun hacmi, keki meydana getiren tanecikler aras1 bo!$1uk hacminin, lilt katma esit olarak ahna~akbr. !;Ozlinmli~
COzilm. Bir
'
~er~evenin
yaklru;1k hacmi 0,152 X 0,152 X 0,051 = 0,00118 m• dfir. lki !fCT!teVe kullamldt&t i9in kekin total hacmi 0,00236 m~ diir. Deneysel ~ah$manm son ktsmtnda siizme debisi, (12-21) ba!bntxdan hesaplanabilir. Bunun iyin liizumlu C, V ve V 1 deljerleri Omek 12-1 den a!Jmr. Siizme operasyonunun sonunda V .= 15,89/996 = 1,59 X 10-:1 dV
de=
0,903 X I0-3 2(0,0159 + 0,000415)
2,77 X 10-•
m~
ve siii:me debisi,
m0/saat
Plaka ve ger~eveli filtrepresler takditinde ytkama debisi teorik olarak, slizme debisinin dOrtte biri kadardtr. Bununla beraber, bu de&erin yakla$Ik bir deger oldu8unu ve ytkamamn -% 75 Hk bir verimle gergekl~ti£ini kabul ederek hesaplamalanmtZl yapahm. Bu durumda y1kama debisi = (0,25)(0,75)(2,77 X 10-o).= 5,2 X'IO-" m3 /saat olarak bulunur.
Y1kama suyunun hacmi (0,00236) (0,55) (3) = 3,90 X 10-• ve liizumlu ytkama sliresi 3,9 X 10-'3/5,2 X
10:""'~-7?-0,75 "''~
m'
saat veya 45 dakika.
12-36. Siizme teorlsi ile ilgili Sllllrlamalar. Siizme teorisi ile ilgili <;'ah§malarm sonuglarma, bir ~edbir olmak iizere birkag hususun daha illlve olunmasl gerekir. Matematik tiiretimler ve i0lemler olduk~a doii;ru goriiniirler. En· diistriyel uygulama alamndaki biiyiik faydalartm a§_~cak derecede geni§ hazrr'
H.E. Crosier and L.E. Brownell, Ind. Eng. Cltem., 44: 631-639 (1952). \
lanml§, sHzme teorilerinin elde edilmesi yoniiude bir egilim van·hr. Biitiin e§itlikler, niimerik degerlerinin dogrudan dogruya hesaplanmalan giig veya miimkiin olmayan, sabitler ihtiva ederler. Teorinin pek gok sayidaki faydah uygnlamalan igin bu bir sakmca te§kil etmez. Belirli bir karl§lmm siiziilmesi ile ilgili deneysel gah§malar, bu e 0itliklerde kullamlabilecek niimerik degerler verecek olursa; bu niimerik degerler, operasyon §artlan iizerindeki degi§melerin etkilerini onceden bilme balammdan faydah olurlar. Denel §artlarm Sllllrlan iQin de bu husus dogrudur. Denemelerin sonuQlanm veren ve bu arada baz1 matematik sonuglara ula§an, orijinal literatiirden faydalamlmaya gah§1lacak olunursa, diger bir giigliikle kar§lla§thr. Bu, denemenin yaplld•g• karl§lmm tamamen aym ozelliklerine sahip yeni bir kafl§lmm haz•rlanmas1 ve bununla, deneme sonuglarma yakm veya benzer soriuglarm elde oh:mmasmdaki giiQliiktiir. <;ok dikkatli bir §ekilde saf. la§tlrllml§ ve. y1kanm1§, dikkatli bir §ekilde kontrol edilen §artlar altmda depohmml§ bir kalsiyum karbonat gokeltisi kullanllarak yapllan denemelerden, bir seri e§itlikler i geli§tirilmi§lerdir. Bu §ekildeki bir iirnegin tekrar tekrar lmllamlmasl ile ancak birbirlerine yakm sonuglar elde olunabilir. Kat! taneciklerin biiyiikliikleri ve bu biiyiikliiklerin simrlan, tanecikl~rin §ekli, toplnluk yogunlugu vs. gibi ozellikler, gok iyi bir §ekilde kontrol olunan devamh operasyonlarda · bile, karl§lmin pazulanma §artlarmdan biiyiik derecede etkilenii:ler. Bu sebep• le gokeltinin karakteri (ve buna bagh olarak e§itliklerdeki sabitler) giinden giine degi§iklik gosterebilir. Laboratuarda kullamlan cihazlarla, bir klS!m sabitlerin elde olunmalan miimkiinse de, bunlarm e~diistride knllamlan cihazlara uygu· lamnalan :miimkiin degildir. Ufak kapasiteli laboratuar gah§malan igin hamlanim~ test Qiikeltileri, biiyiik kapasiteli endiistriyel cihazlar igin haz•rlanml§ olanlarm, biitiin ozelliklerini giistermez. Siiziilecek kan§•mm bir gemi veya d!ger bir aragla test gah§malan yapllacak laboratuara giinderilmesi konumuz d1§1drr. <;;iinkii bu ta§•ma i§lemi . , esnasmda meydana gelen kari 0tmlma olay1, yumaklanma (flokulasyon) derece. sini degi§tirebilir ve temperatiir degi§imlerinin, taneciklerin biiyiikliikleri ve gokeltinin ozellikleri iizerinde biiyiik etkileri giiriiliir. Bununla beraber, siizme ile ilgili tecirinin pratik bir degeri yoktur §eklindeki sonug, dogru degildir. Dikkatli bir 0ekilde yiiriitiilen siizme denemeleri, bir ha;·li degi§ken kar~kterli olan goiJ:eltilerin davram§larml anlamam1za yard•mcl olur; gergek ve pratik degeri olan bilgilerdir; belirli bir siizme operasyonu igin liizumlu siizme alan1m hesaplama balammdan pek ~azla faydah olmamakla beraber, yine de alamn biiyiikliigii hususunda bize bir bilgi verir; siizme operasyonu esnasmda var olan gah§ma §artlarmm etkisioi ortaya koyar; gokeltinin hazrrlanma §artlarmm "e siizme siiresince meydana gelen degi§melerin etkil~rini anlamam1za imkAn verir.
589 Hangi alanda olursa olsun teorinin, pratik uygu!anmasmm d•§ma c;,Ikacak §ekilde geli§mesi gerekecektir. Pratik a!anda· ~nla§!lmas• giic; olan faktiirlerin, aydmlaulabilmelerini ·miimkiin lalacak c;ah§malan te§vik eder; onlan diizeltir ve a§m derecede genelle§tirilmi§ teorik sonuc;lann, tekrar deg;.,r!endirilmelerini miimkiin !alar.
12-38. DevamsiZ ~. listren hareketn santrifUjler. Bu tip bir cihaz §ekll 12-26 da giisterilmektedir. Dikey bir §afta B asdnn§ diiner bir sepetten A meydana gelmi§tir ve bir motor C tarafmdan hareket ettirilir. Sepetin yanal yiizleri delikli olup, ig las•m aynca bir elek D ile kaplanml§tlr. Dl§ taraftaki Qelik kasnaklar sepete saii;lanti1k verir. Sepetin d1§ lasmmda sabit bir govde F yer aim•§ olup, deliklerden geQen siiziintiiyii toplar ve ~lla§ yolu ile
12-87. Santrifiijler. Santrifiij, santrifiij kuvvetten faydalanarak SlVlYl katl parc;amklardan ayirmak ic;in kullamlan bir cihazd~r. Esas olarak yoii;unluk farlandan fayd~anan filtrelerin geli§tirilmi§ bir §eklidir. SlV!ya etki eden kuvvet, yoii;unlukla sm~rlandmlm•§ olmak yerine, santrifiij kuvvet kullanuarak muazzam §ekilde artmlm•§tlr. Artmlml§ bu kuvvet kar•§mayan siVUarm birbirlerinden aynlmalarmda da (lasnn 7-18 e balamz) kullamllabilir. Santrifiij hareket tarafmdan olu§tutulan kuvvet a§aj!Idaki e§itlikte verilmi§tir.
(12-22) Y ukar1daki e§itlikte,
F, W u
= santrifiij hareket tarafmdan olu§turulan kuvvet, kgr = diinen lasmm ve iizerindeki yiikiin aii;~rhj!J, kgr-kiitle = santrifiij sepetinin c;evresel h1Z1, m/saniye
r
= santrifiij sepetinin yan c;apl, m
g,
= boyutlu
2
bir sabit, 9,8 (kgr-kiitle)(m)/(kgr-kuvvet(saniye)
N, rpm (diinii§/dakika) olarak luz ise; u = 2'1trN/60 d1r. Bu dej!eri yukandaki e§itlikte u ve 9,8 dej!erini de g, yerine koyahm.
F,= 1,117 X 10-3 WrN' Santrifiijlefl a§aii;Jdaki §ekilde bir smlflamaya tdbi tutmak miimkiindiir: A.
B.
Delikli tas (sepet, kase) veya filtre tipleri I.
DevaiillllZ (sUreksiz)
2.
(a) Ustten hareketli (~ah~tmlan) (b) Alttan hareketli (~al"ittnlan) Yan devamh (yan slirekli)
3. Devainh (sUrekli) Tas (kase) veya sedimentasyon tipleri I.
Dikey (a)
bir tas
(kase)
Plakalt tas (kase) Yatay (a) Devamh dekantOrler (aktarmah tanklar)
(b)
2.
B~t
~k.il 12-26. tTstten asth santrifiij: A, sepet; "B, csas ~aft (mil); C, dOnme hareketini veren motor;, D, kaba elek; E. kasnakiar; ~ gOvde; G, s1V1 ~tkt~t; H, bo~alhm valf1; /, sabit :;aft (motor ~afh); K, sabit hareket gomlel!i';I,L, B 1aftmm ilst ktsml; M, hareket b"''hAt; N, harcket saplamalan; 0, lastik. sargtlan; P, hareket yatagt; Q, fren taktmt; ·R. hareketli g3mlek; S, k:ilrcsel yatak; U, lastik tamponlar. (Aprerican Tool and Machine,)
t. (;atal~ -
Kimya MiihendisliSine Giri~
F. 44
690 G cihazm dt§ma giinderir. Bu §ekildeki bir cihaz .devamh Qalt§amaz. Cihaz due rurken siiziilecek kan§tm ile doldurulur, harekete getirilir ve sepet maksimum htza Qtkanhr. Belirli bir siire sonra, motora bagh olan elektrik hattmm anahtan kapattllr, fren yapthr ve sepet hareketsiz hale getirilir. Sepetin tabamndaki bronz val£ H yiikseltilir ve s,epetin yanal yiizeyinde toplamnt§ kek, kazmarak bo§altma kanahna dokiiliir. · Sepetin htZI, o kadar fazla (800 ila 1800 diinii§/dakika) ve yiikii, o kadar biiyiiktiir ki (450 kgr tn iizerinde), sepet §afu sabit bir yatak iQerisinde hareket edecek olursa, yiiklcmedeki ufak bir eksantriklik (merkezden ka~ma) cihazm par~alamnasma sebep olur. Bu sebeple biitiin santrifiijler, donme eksenini se~· me (belirli stmrlar arasmda) serbestligine sahip, bir §aft iizerinde hareket eder· ler. $ekil 12-26 daki motor C, motorun sabit yataklan i~erisinde hareket eden lasa §aftt 1 ~ah§t!flr. Bu §aft, kendisine baglanan ve onu kilitleyen bir giimlek K ta§tmaktadrr. Sepete ait §aft L, bir hareket ba§hgma M sahiptir. Saplamalar N, motor §aftmdan 1 lastik sargtlara 0 kadar uzamr. Diger bir deyimle, hare· ket ba§hgma M vidalanmt§ bir hareket yatagt P i~erisinde ta§mmaktadtr. Fren talamt Q da hareket b~§hgma M vidalamm§llr. Diinme hareketi olmayan bir giimlek R, iist lasmmda kiiresel bir yiizey §eklini almt§ bir yatak ta§tmaktadtr. Bu yatak sabit olan diger bir kiiresel yatak i~erisine oturtulmu§tur. Buularm hepsi motoru ta§tyan aym kafese (iskeleye) baglanrnt§lardtr. Lastik tamponlar U, R gomleginin hareketini smrrlr.t ve onun donmesini ouler. Esas §aft L, R gomlegi tarafmdan ta§man bilyah bir yatak (hem radyal ve hem de zorlama yiikleri i~in planlanmt§) i~erisinde hareket eder. Bu suretle sepet ve §aftt L kiiresel bir baglamaya asJlmt§lardtr..$aft, yiiklemenin mcydana getirdigi sal· gtlanmaya (merkezden ka~maya) bagh olarak kendi donme eksenini se~er, fakat yine de sabit bir §aft 1 taraf!Jldan hareket ettirilir. Sepetin kenarlarmda olu§an gerilme basmct biiyiiktiir. Bu sebeple scpct kenarlart olduk~a kahn yaptlmt§ ve iizcrine olduk~a az saytda delikler a~tlmt§· hr. 12,5 ila 19 mm merkezlenmi§ 3 ilil. 5 mm biiyiikliige sahip delikler, en ~ok kar§tla§tlan dnrumdur. Bu delikli yapt, istenilen derecede bir ayumayt yap· maktan ~ok uzaktrr. Bu sebeple sepet, ya Qok s1k delikli bir metalik levha veya tel elek ile i~ ktstmdan astarlantr ve esas aytrmayt bunlar yapar. Bu tel elek veya delikli metalik levha, basit bir §ekilde sepetin iQerisine yerle§tirilecek olur· sa, bunlarm sepetin delikleri ile kar§I kar§tya gelen alanlan, esas ay1rma i§leminde etkili olacakhr. Bunun bir sonucu olarak, tel elek ile sepet duvan ara• sma destek olmak amac1 ile, ya hafif metalden yaptlmt§ ondiileli ve daha biiyiik delikli bii levha veya kaba dokunmu§ bir Qift lavnlmt§ bir tel elek yerle§tirilir. Bunlar, ufak ve ~ok delikli tel elegi veya metalik levhayt. sepet duvarmdan tizakta tutar ve aym zamanda, siiziintiiniin sepet duvanitdaki deliklere nla§mast iQin bir bo§luk meydana getirir.
69! San~.r~ii!: kr~stal yaptsma sahip iiriiulerin ayriimasi amac1 ile kullamldtg, zaman, urunun cjhazdan uzakla§tmlmast igin otomatik bo§alhm uygc.lanrr. Otomatik bo§alum kaZiyiCI bir bwakla yapllir ve bu bt~ak, sanu·ifiij operasyonu esnasmda sepet kenarmdan ynkanda ve uzakta durur. Santrifiij operasyonu· nun sonunda btgak, tarak ve di§li talam1 yardtmi ile a§agiya indirilir ve sepet kenarma yakla§hrllir, elle gah§tmlan bir kaldtraQ kolu. yardrrm ile sepet kena· rma bashnhr. Sepet yava§ bir §ekilde dondiiri!Jiir ve ayn1 zamanda kaziytci bt· ~ak yava§ yava§ a§aii_Iya dogru indirilir. Bu suretle kekin tiimii kenarlardan ka· zmarak ahmr ve tabamn merkezinde bulunan bir bo§alttm yoluna itilir.
.. 1~·39. DevamsiZ !)lth~ altta.n. hareketll santrlfiijler. Sekil 12-26 da go~tenlen ve alttan bo§alma yapabilen santrifiijler, ozellikle kimyasal Qah§ma· !at igin uygundur. Ciinkii tanecik yaptsmdaki iiriiuleriii tabandaki delikten bo· §alttlmalart kolaydtr. Santrifiijler tekstil endiistrisinde pek yaygm bir· §ekilde
Sekil 12-27. Alttan hareketli santriflijler: A, sepet; B, esas (ana) miJ; kovan (bur!;); E, lastik tamponlar. (Tolhurst)
c, taban
Y"a:ta~r D · ' '
693
692 kullamhrlar ve bu cihazlar, gene! olarak sert ve sa~larn bir tabana sahip olduklan igin, dokuma veya iplik iist lasuridan ahmr. Bu cihazlar Qo~u zaman alttan hareketli olurlar. Kimyasal tip veya alttan bo§al1mh tip olarak adlandmlanlar da, alttan hareketli olabilirler. Bu tipteki bir santrifiij §ekil 12-27 de gosterilmektedir. Bu tiplerde sepet.A, lasa ve dik bir §afta B oturtuhnu§tur. Bu §aft, alt las1mda bulunan. bir taban yata~I C tarafmdan ta§Imr ve bir kovan D · igerisine yerle§tirilmi§ iki gift makarah yatak arasmda hiznlanmi§tlr. Bu yatak, sert lastikten tarnponlarla E yerinde tutnlmaktad1r. Saft, yatak igerisine dik ve sabit bir §ekilde yerle§tirilmi§ olmakla beraber, yatak lastik tamponlar arasmda hareket etlne serbestli~ine sahiptir. Alttan hareketli santrifiij tipleri, tabandan bo§a!Im yapacak §ekilde de projelendirilebilirler. l."akat bu ho§alun tipi daha gok iistten hareketli santrifiij · tiplerinde goriiliir. Bu 5ebeple. alttan hareketli santrifiijler gene! olarak iistten bo§alim yaparlar. Bunlar en gok tekstil ve gama§Ir )'lkama fabrikalarinda knllamhrhtr.
Sepetin ataleti ve sep~te yiiklenen madde miktan biiyiiktiir Cihazt htzlandirmak igin gerekligiig, tam htzla diinmesi igin gerekli olamn birkag kat! kadardrr. Devamh aytrma yapan bir santrifiijiin yaptlmast igin uzun seneler Qah§ilmi§ fakat son )'lllara kadar ba§arili bir sonuca nla§Ilamamt§tlr. Y an siirekli ('alt§an santrifiijler. Bunlar ilk olarak Avrupada geli§tirilUJi§lerdir, fakat §imdi Amerikan endiistrisinde gok de~i§ik tiplerine rastlamak miimkiindiir. Bunlardan hi!i (The Sharples Super-D-Hydrater) §ekil 12-29 da gosterihnektedir. Sepet A yatay bir eksen iizerinde doner ve siirekli olarak ga-
si.izme
Sekil 12-26 ve 12-27 de gosterilen sepetli santrifiijlerin gene! ohrak 50 ill\ 125 em gapa sahip olduklan goriiliir, 800 ill\ 1800 rpm (donii§/dakika) lnzla donerler ve dii§iik hiz biiyiik gaph santrifiijler igin kullamhr. Giig gideri ve lnz, §ekil 12-28 de gosterildi~i §ekilde operasyon siiresince de~i§ir. Maksimuiii giig ' ihtiyaci, lnzlanma periyodunda goriiliir. Santrifiij tam lnza eri§tikten sonra, sadece siirtiinme ka)'lplanm kar§uayacak giice ihtiyag vardrr ve bu da azdrr .
motor
...
.
:::1
~
1!1
.,
:r
c :o -o
"' E c .!! ~
:::r::
I I
I I
I
I
I I
I I
I
I
<>N
L-~------- ------~-1
I.!> :I:
1 1
:::1 -
kristaller
'-'--
Zam;an$ekil 12-28. DevamsJZ (siireksiz) ~al•!an santriffijlerde zamanla, gii~ gideri ve h!Z de~imi.
12-40. Devamh (slirekll) !)ah~ santrlfUjler. Kullandiklan giiciin yiiksek olmas1 ve gok iyi bir balama ihtiyag giistermeleri sebebi ile, endiistride yaygm bir §ekilde kullamlan santri£Ujlerin, gah§brihnalan pahahya malolur.
~kil
12-29. Yansiirekli !tah$3.D. santrifiij: A, sepet; B, bo$altlm kanab.
h§tlnhr. Siiziilecek kart§Im, kek yeterli bir kahnh~a (SO ila 75 mm) eri§inceye kadar, giisterildi~i §ekilde cihaza giinderilir. Bu kahnhk, bir yoklaytcr (§Ckilde gosterilnfeyen) tarafmdan devarnh olarak kontrol edilir ve bu cihaz, siiziilecek kart§Imr santrifiije ta§tyan boru iizerindeki diyaframh valf1 (§ekil 3-16 ya ba-
695
694 k1mz) kapamak icin, basm~h hava akurum keser. Sepet onceden kararla~tmlan bir siire dondiiriiliir ve sonra kek S\! ile y1kamr. Siiziintii ve y1~ma su)ru ~ekilde gosterildil!i gibi, aym yoldan cihazm d1~1na ahrur. Onceden kararla~tinlan bir siire duraklamadan sonra hidrolik silindir gah§tlnhr. Bu r;ah§trrma b1r;agm yiikselmesine sebep olur ve kek b1gak tarafmdan kazmarak bo§alturi kanahna B dokiiliir. B1~ak keki, tel elege ·kadar kaz1maz, tel elek iizerinde kristallerden olu§an ince bir tab aka brralar ve bu, gerr;ek siizme ortarm olarak i§ goriir. Diger bir gah§ma devresi ba§lamadan once artakaian bu kristaller lasa bir y1kama i§lemine Ulbi tutuiurlar. Biitiin alamlar diyaframh vanalar ve bu vanalar1 hareket ettiren basmch hava (hidrolik pistonu hareket ettiren su dahil), biitiin devreyi otomatik !alan bir zaman ayarlayJCI ile kontrol edilir. Santrifiij cihazm1 terk eden kristaller %2 ila 4 kadar rutubet ta~Iyabilirler. DevamZ. (siirekli) r;all§an santrifiijler. Bu santtifiijler delikli veya deliksiz tas (kase) tipinde (lasJm 12-37 de,_ A3 ve B2 smulan) olabilirler. Delil;;li tas tipinde olauiara gene] olarak filtre tipi ve deliksiz tas §eklinde olauiara ise berrakla§hrma tipi adlan da verilir. Kullaniima alanlan hemen hemen aymwr ve deliksiz tas tipi, onemli miktarda kati maddeye sahip kan§Imlar ir;in kullamhr. Bu iki tip, yap1h~lan yoniinden birbirlerine gok benzerler; bu sebeple, iki ayr1 ~ekle ihtiyac yoktur. Burada agiklamasJ yapiiacak olan tip, deliksiz tas tipidir.
Bird tarafmdan geli§tirilmi§, siirekli r;ah~an bir santrifiij ~ekil 12-.30 da gosterilmektedir. Bu cihaz duvarlarmda delik bulunmayan ve gittikr;e daralan doner bir tasdan ibarettir. Cihazm ir; lasmmda, deliksiz tas ile aym yonde fakat biraz farkh h1zla donen, konik yap1da spiral bir kaziyici vardrr. Sekil 12-30 da
Kab madde cJkl$ yolu
onik gi:ivde lanabilen sGzGntu
Kab mad de konveyi:irU
~ekil 12-30.
Slirekli !;ah$an bir santrifiij; A, sabit gOvde; B, 1 hLZmda dOnen ktstmlar; C,
2 hiZmda dOnen kistm.lar; ·D, hareket kasna,81. (Bird.)
A lasmi, sabit bir govdeyi gosterir; B kismJ bir h1zla ve C k1smi ise farkl1 bir h1zla donerler. Tas, bir hareket kasnag1 D tarafmdan dondiiriiliir ve donen bu takim hareket di§lileri ile, C klSlmlarml (kaziyJci dahil) h~rekete getirir. Siiziilmesi istenilen kan§lm, eksen boyunca ilerleyen sabit bir boru ile cihaza ve kazJyiCI iizerindeki deliklerden ger;erek tas kismma girer. Santrifiij kuvyet, hesleme kan§IIDimn kaziyJCI iizerindeki besleme deliklerinden gegip, tas kismma girmesini saglar. Kati madde tas kismmm yiizeyinde ince bir tabaka halinde ayrilir. KaziyJcmm spiral bJr;aklan kat! maddeyi kaZiyarak, tasm dar ucuna ·dogru iter. KazJyicJ takimimn i~ kismma y1kama suyu da gonderilir; bu su, y1kama nozullarmdan piiskiirerek katl maddeyi iyi bir §ekilde y1kar. Katl madde, tasm bo§alhm yapan kanallarmdan <;Ikar ve santrifiij govdesinin tabamna dokiiliir. Siiziintii ve y1kama suyu, santrifiij kuvvet etkisi il6 tasul geni§ ucuna dogru ilerler ve gosterilen §ekilde siiziintii Qlki§mdan tas1 terkeder.
12-41. Dii§lly bir eksen etrafmda dilnen sanf;rifiijler ( deliksiz ms tipi). (12-23) numarah e§itlige bakdacak olursa, kati bir par~aCJk iizerinde etki eden santrifiij knvvetin, sepetin yan~ap1 ile ters fakat h1Z1n karesi ile dogru orant1h oldugu goriiliir. Diger taraftan sepet duvanndaki ger;irgenlik sepetin lineer lnz1 ile orant1hdir. Sepetin yangap1 %50 azaltiiacak vc donii§/dakika (rpm) olarak lnz1 iki kat;na <;Ikanlacak olursa, sepetin lineer lnz1 ve gerilme §iddeti degi§memi§ olarak kahr, fokat santrifiij kuvvet iki katina <;Ikar. Bunun bir sonucu olarak santrifiijle ay1tmanm gii~ oldngu yerlerde, sepet gap1m kii~iiltmek ve inZim arhrmak sureti ile, probleme pratik bir goziim yolu bulmak miilukiinse .de; bu yo], ciliaZin kapasitesinin azalmasma sebep olur. Sharples siipersantrifiijii adm1 alan boyle bir cihaz, §ekil 12-31 de gosterilmektedir. Santrifiij tasl (kasesi) A, dii§ey bir silindir (maksinmm capl 10 em kadar) §eklinde olup, oldukr;a uzun yapdmi§tlr. Bu silindir, \i.st ucunda bilyah bir yatag1 c;; bulunan esnek bir mile B asiimi§tir. Taban kisrm ise r;ok biiyiik hareketleri SImrlayan bir kilavuz kovam D ile serbest biralalmi§hr. Siiziilmesi istenilen SIVJ, santrifiij tasmm tabanmda buiunan sabit bir uozul E yolu ile cihaz ir;erisine gonderilir. Santrifiij tas1 igerisinde ii~ adet l'}'lrma levhas1 (kanatlar) F buiunmakta olup; bunlar gelen SIVIyi tutar ve s1v1mn, tasm gevre lnzma e§it bir h1zla, donme kazanmas1m saglar. SJvi, santrifiij kuvvet tarafmdaii yukanya dogru itilir ve tasm iist kismma yalan bir noktada tasi terkeder, ba§hk H .igerisinde tutuiur ve bir bo§altma kanahna J verilir. Bu cihaz S!VIlar ir;erisinde bulunan az. miktardaki katilarm· ayr1lmasmda kullaniiabilir. Kat1 maddder santrifiij tasmm i~ kismmda yava§ yava§ birikir ve :taman znman buradan uzakla§hnhrlar. Emiilsiyon halinde bulunan iki kan§mayan SIVImn birbirlerinden aynlmasmda, suspansiyon halinde kat1 par~aCJklvr bulunan s1viiann berrakla§tmlmasmda da, bu cihazlar kullamlabilirler. Santrifiij tasmm yiizeyinde toplanan kisunlar, ince bir tabaka halinde K ·yo!u ile alt ba§hk L -kismma gecerler. Bu cihaz vernik,
696
697
e§it yiikseklik ve ~apa sahip bir tas ile karakterize edilirler ve bu tasm iQi, ince bir metalik levhadan veya plastikten yap!lnn§, konik kanatlarla dolduruhnu§· tur. Diskin kullan!lmasmdaki ama~, bir komp<-nentin ~okelmesi i~in gerekli uzunlul?;u azaltrnaktad:tr. Boylece bu 'uzunluk, tas1 dolduran s1vmm tiim derin· lil?;i yerine kanatlar arasmdaki uzakhk del?;erine dii§iiriilmii§ olur. Dalm hafif olan komponent diskler arasmda yiikselir ve nrli boyunca uzakla§br!l1r. Daha al?;1r 'koruponent ise tasm di§ma dol?;r~ 'akar. Tas esneklil?;i olan ve lastik tamponlar arasmdm tutulan bir mil tarafmdan hareket ettirilir. Bu tip, birbirleri ile kan§mayan iki SIVlnrn ayri!masipda veya bir sivl' iQer!sindeki ~ok ufak taneli kablarm uzakla§br!lmalarmda knllanllabilir. <;:okelen klSlmlar tasm i~ lasmmda toplamr ve buradan zaman zaman ch§arl alm:tr veya SIVlnln bir lasnu ile birlikte y1kanarak cihazm di§ma abin:.
ADLANDIRMA A = granUI (tanecik) toplulu~unun alan!, ak1m yonline dik ol"-rak OI~Ulen, Jii' A' ak11kan akmu i~in ge~k kesit alam, Jii' C = (12-13) numaral1 "''itlikteki borutlu bir sabit,. m' /saat D• = "''de~er ~ap, m F = tanecikler tarafmdan oluiturulan toplulu~n gozenek!Ui~i, boiluklann hacmi/birim topluluk hacmi F0 santriflij kuvvet, kgr-kuvvet c. = boyutlu sabit, 1,27X 10' (m) (kgr-klitle)/(kgr-kuvvet) (bt') veya 9,8 (m) (kgr-kUtle)/{kgr-kuvvet) (saniye") K = taiJecik toplulu~unun g~irgenli~i. m~ k (~·2-2) numarah "''itlikleki boyutsuz sabit L = tanecik toplulullunun kalmbgi, m m = YO$ kek a~Irbgmm ylkannu$ kuru kek a~1rl1~a oram N . birirn zamandaki donme saylSI ll.P '= basm~ farlo, kgr-kuvvet/rri' ll.P,= kekin iki yUzli arasmdaki basm~ farlo, kgr-kuvvet/m• R alo.ma kar~t koyan diren~ m-1 ; slizge9 bezi direnci, m- 1 r = yar1!;ap S0 = birim tanecik hacminin yUzeyi, m-1 u = ~evr~I Iuz, m/saniyc V haem'., Jii' V' = Pirim 2amanda eleg*n silziintii hacmi w = a~bk, kgr-kUtle w kari$lmdaki katmm a~td!k fraksiyonu
=
=
=
$ekil 12-31. SUrekli ~ah1an, yUksek hiZh, bir berraklaWrma santriflijli: A, sepet (tas veya knse); B, hareket mili; C, aria yatak; D, Jo"tavuz kovam; E, beslemC tiorusu; F. kanatl!U'i G, hafif stvmm !tLla~ borusu; H 1 bo$alhm ba~h&t; J, hafif stvmm bo.1,1ahm borusu; K, a~tr StVI~ nm ~IIo.!l borusu; L, alt ba.,hk; M, a81r stvmm b0$alrm borusu. (SharPles.)
bitkisel yal?;lar ve ham yal?; emiilsiyonlarmm siiziilmelerinde; kaydmc1 yal?;lar· dan kolloidal mumlarm uzakla§bnlma operasyonunda; bunlara benzer da!Ia bir ~ok aynma i§lemlerinin (az miktardaki kat!larm slVllardan uzakla§br!lmasmda veya emiilsiyonlarm aynlmas1 i§lemlerinde) yap!lmasmda kullan!lma ,alan1 bnlC mu§tur. Santrifiij tas1 yakla§Ik olarak 15.000 rpm (donii§/dakika) del?;erinde bir 1nza sa!Iiptir.
=
=
= =
Altlrklar
12-42. Disk tipi santrifiijler. Bu tip santrifiijler, ayrihr.asi istenilen iki faza ait yol?;unluklarm Qok az oldul?;u durumlarda knllamhrlar. Siit ·seperatorleri (aymc!lan) bu tipin en ~ok tanman bir ornel?;idir. Bu cihazlar, yakla§Ik olarak
f p
= siizme ortam1 direncine uygun kekin (ge~ekle var ohuayan) "'ide~er direnci = kekin bir ytizlinden dijer ytizline kadar uzanan Josma ait de~er
699
698 ~alllj:ma.lan i~in
Yunan Harfleri
= ortalama spesifik = zarnatl., saat
a. 6
siyonuntfa
12-1. 0,~2 kgr/cm2 basmg;ta yaptlan deneme ~IJimast i~in. a~ajtdaki sorulan cevap-. landmmz. (a) C, V 1 ve 61 degerleri (b) Ortalama spesifik kek direnci (c) Kekin gozenek!iligi, kat! Caco, lin yognnlugnnu 2,99 grfcm' olarak a!Imz. (d) · (12-9) numarab
It = ak•~kamn viskozitesi, kgr-klitlej(m) (hr)
= siiziintiiniin yogunlugu, kgr-ktitle/nfl
3 = katt tancciklerinin gerc;'ek yoSunlugu, kgr-klitle/m d = filtre silindirinin daldmlma ac;Ist, erece
(J
p,
$
=
PROBLEMLER
12--2. Ortalama spesifik. kek direncini, basm~ farkmm bir fc:mksiyon olarak, hesapla· ymiZ. ~ag1daki bagmtmm var oldugunu kabul ediniz.
· · · '1 · reti ile bazrrlanCOktilriilmli:"? caco3 tin su i\=erisinde suspans1yon hal~e g_etm mest su . mt~ bir kan~nmla, laboratuarda yapllan bir sUzme denemesme rut sonuc;lar, a!;mStd~ b_tr tablo halinde verilmi:'1tirl. Tek !ten;eveli ve OZel olarak yapllmt:'1, bir plaka ve ~erc;e~e~t ftltrepres kullanllmaktadtr. c;;crc;eve 0,0263 m" siizme atanma ve 30 mm kalmlri~ma sahtptrr. Deneme
Tablo 12-4.
-
P=0,5
kgr/ein2
kgr/eml
Silziintii Zaman, s.aniye hac:mi, litre
Suziintu \Zaman,
1,4 3,5 6,5 10,9 16,2 22,3 30,0 38,2 49,0 59,6
'
haemi, litre
saniye
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4
1,2 2,84 5,00 7,74 11,00 14,70 18,96 24.2 30.0 36,0 42,4 50,0 57,6 65,8
P=I,O P-1,66 P- 2,18 P=2,81
Sih.iiotii Zaman, Zaman, saniye saniye baemi,
Za~an,
Zaman,
saniye
saniye
1,6 4,0 7,5 11,8 17,0 23,1 30,1 37,8 46,3 55,8 66,2
1,8 4,2 7,5 11,2 15,4 20,5 26,7 33,4 41,0 48,8
litre
\ I
2,1 5,7 !1,0 18.4 27,1 37,0 48,5 ~1.3
75,7 91,2
kuru kelce or ani '' Herba:ngi bir noktadaki
.
2,25
2,18
1,5 4,55 8.5 13,65 19,9 27,0 35,2 44,5 54.9 65,9
51,1 67,2 77,3 88,7
2,118
2,068
2,060
2,020
M/AV e~imi
(0 snniye, V litre olarak).
-
1
57,4
+ b (ll!P)"
Yukartdaki e{litlikte ao, b ve n birer sabit olup, !;ah$ma yapilan smular i!;erisinde AP ile ddi$imini gOsterirler. ao, b ve n nin de8erlerini h~aplaymiZ.
kgr/cm2 kgr/cm2 kgr/cm2 lrgr/cm2
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2.6 2,8
cxo
a nm
12-3. Spesifik yiizey S0 ve ge>irgen!igin K. basml' farla ile deili!imini bulnnuz.
h.kin
Ya~
"=
Sabit basmc;ta siizme ic;in bilgiler.
P=0,22
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
frak~
kek direnci, mfkgr-klitle
= zaman, saniye
O'
bazJ.rlanan CaC03 suspansiyonu 19°C da bulun.makta ve 0,0723 a81rhk etmektedir.
eaco3 ihtiva
26,2
B.F. Ruth and L.L. Kempe, Trans. Am. lnst. Chern. Engrs., 33 : 34-83 (1937).
18,44
'i
12-4. 32 mm kalmhkta 20 I'Cri'Oveden meydana gelen ..6o:x 60 em boyutlarma sahip bir plaka ve !;er~veli filtrepres, bir CaC00 suspansiyonunu siizmek amact ile kullanllmak· tadtr. Yukanda il!;lklanan laboratuar de.qemesi aynen uygulanm.akta, yalntz bu kan$Im suda !;Oziinm:lli; olarak % 10 (a~trhk) NnOH ihiiva etmektedir. Her bir !;C[!;CVenin ger!;Ck siizme alam 0,65 rri' ve hacmi 0,010 rri' ciur. Siizme 26,7•C da ve 2,81 kgrjcm• basml' farla (sabit) uygn!Jlnarak yapi!acak olursa, (a) Cergeveler doluncay~ kadar kullamlacak suspansiyonun hacmini m3 olarak hesaplaymiZ. (b) (a) lasm.t i!;in gerekli sUzme zamanm1 hesaplaymiZ. (c) SUzme operasyOnunun sonucunda 15,6°C da bulunan su kullamlarak ytkama yapd· maktadrr. YII
Filtrepresin bo$altdmast, temizlenmesi ve :Pa~alanrun tekrar biraraya getirilmesi i!;in ge~en ,za,;naiJ.m 1 saat oldu~unu kabul ederek, operasyonun bir devresi i!;in ortaiama debiyi (m' sUzOnilijs~at)" hesaplaymtt. 12-5. Kullandan l'erl'eve kalmhklannm bir degi!ken olabileceginin dii!Unillmesi hari~. diger bUtlin !artlar problem 12-4 dekinin aymdrr. Cerl'eve kalmbjj!mn 1,9 ilil 3,8 em smirIamalan i!;in, her bir periyodda maksimum kapasiteyi verebilecek kahnb~t hesaplaym1z.
lU. A$a~tda verilllili; olan tablo, slkz~tmlabilme-ge!rirgenlik denemesi esnasmda elde olunan deneysel bilgilerin bir ktsmm.a aittir1• Litresinde, 50 gr talk (suspansiyon halinde) ihtiva eden 0,01 molar AJ,(SO.J3 l'ozeltisi kullanarak, bir deneme ~ab!masl yapdmal
H.P. Grace, Chern. E11g. Progr., 49: 303-313 (1953).
•
7oo
701
talk ajprllgl 7,163 gr dlr. Siiziintiiniin Jrekten g~bilmesi i'in 21,3 em. siiziintii degerin~e ortalama _bir yiik kullandmakta ve bu esnada, gOzenekli bir yaptya sabtp paslanmaz ~elik. ta~ banlt bir piston vasltast ile kek Uzerine- P• degerinde bir stkt!itlrma basmct uygulanmaktadtr. (a) Kek gOzenekligi FP ile
stk.t~ttrma
yagrain 9iziniz, (bi'
Kekin iki
basmct P. arasmdaki ba8mttyt gOsteren, bir di--
. yiizii
arasmda 0,7 kgr/errl' degerinde sabit bir basm• farlo i•in, spesifik
kek direncinin ortalama dejierini bul~uz. (c) Kek ve siizme ortanum -i~eri~ine alan 0,5 kgrfcrri'- bastO!t farkl alttnda ve 26°C stcakbkta sabit basm!; siizme operasyonu -yapdni.aktadtr. Spesifik kek direncinin ·ortalama deAeri 1,22 x 1011 m/kgr-klitle ve siizme ortanunm direnci ise 0,33 X 1~11 m-1 dir. Bu d~ j;erleri, a.P ve P8 i!;in tahmin olunan deA;erlerle (verilen bilgilerden), kanitlwsttnmz. Stktetrrma basmct P,,
ksr/errl' 0,077 0,117 0,157 0,237 0,316 0,398 0,556 0,795 . 1,200 1,600
Kekhaemi em' !'8,50 16,00 14,16 13,51 12,84 12,43 11,83 11,14 10,54 10,12
Birirn yiil1 i~in
Siiziintii
Hiicre ve siizme
aktm debisi,
viskozitesi,
ortanumn direnci,
em3 /(san) (em)
santipuaz
m-•
2,88 X 10-"' 2,64 x to-< 2,21 X 10-< 1,83 ·x to-< t,ss ·x 10--' 1,46 X 10--' .1,22 x to-< 1,01 X 10--' o,836 x to-< 0,732 X 10""'
0,854 0,854 0,854 0,854 0,854 0,854 0,854 0,854 0,852 0,852
13,12 X 10' 13,12 X !OS 13,78 X 10' 15,20 X,!O' 16,40 X 10'' 17,10 X 10' 18,70 X !OS 20,30 X !OS 24,30 X !OS 27,60 X 1.0" ·
Bolum 13 KARI~TJRMA lS-1. Konuya g~. iki veya·daha fazla komponentden meydana gelen bir bile§imi haztrlamak igin gazlar, slVllar veya katilar birbirleri ile kan§bnhr. Gazlarm birbirleri ile kan§tmlmalarmda, gok nadir hailer hari~, giigliikle kar§!la§llmaz. Swdarm birbirleri ile veya gazlarm SIV!lar ile kan§bnlmalan, en gok kar§Ua§llan problemlerdir ve geni§ bir §ekilde ara§tmlml§br. SlVllarm katilarla · kan§tmlmasl, katdarm SIVIya orammn biiyiik oldu~u durumlarda, SIVI!arm Slvuarla kan§brllmaSI ile aym i§lemi goriir. S1V1mn kanya oran1mn kilgiik olmaSI halinde yapdacak i§lem, katilarm katdarla kan§nnlmasl i§leminin bir benzeridir. Bu son alan, sistematik bir inceleme yap1lmas1 hususundaki biitiin gah§malara kar§l giigliikler glkarmaktac:hr, · Karl§brmamn kapsamma giren ·alanm tiimii,. ¢ok sa}'lda ve de~i§ik yapili§ta cihazlar kullanmaktadn. Di~e! iinit operasyonlar igin oldugu gibi, anla§llabilen bir alan, oldukc;a az sa}'ldaki birkag cihazJ. kapsamakta veya bunun aksi meydana gelmektedir. Bu husus kan§tlrma ic;in de dojlrudur. K1smen .de olsa anla§llabilen bir konu (s1vllarm birbirleri ile kan§brdmas1), oldukc;a az sa}'ldaki standard cihazlarla temsil edilebilmektedir. Diger alanlar c;ok i:legi~ik yapili§daki cihazlara sahip olabilirler.
lS-2, .S~ SIVJiarla. ka.rl§tmlmasl. Bu amac;la kullamlan cihazlar c;arklar1, deniz ta§lt arac;lanna ait per'vaneleri. ve tiirbinleri kapsayacak §ekilde standardize .edjlebilir. l\asit c;arldar ·son zamanlarda oldukc;a az ve gene! olarak, sadece 'ufaic i§lerde knllamlmaktadn. Pervanoler c;ok daha fazla onem ta§nnaktadlr. Pervanelerin yerle§tirilmeleri (baglanmalan) ile ilgili, farkh metodlar §ekill3-l de gosterilmektedir. Tank merkezine dikey olarak yerle§tirilmi§ bir per• vaneden ve tank ke,narlarma alam lane! konulmaml§ bir kan§brma tanlandan olu§an diizen iyi sonuc; vermez. Ciinkii (a) hemen .hemen sadece bir donme ha· reketi verir ve (b) pervaneye dojlru yonelen bir girdap gobegi meyd&na getirir. Bu durum, pervane c;evresindeki karl§lma hava girmesine ve pervane c;ah§masmm yava§lamasma sebep olur. Daha iyi sonuc; veren· bir diizen, tank kenarlanna §ekil 13-lb de gosterildi~i gibi, alam kmcdar koymaknr. Gene! olarak
'";!}.\
b
bunlarm saylSl dort olup,. geni§likleri tank gapmm 1/10 na 1/12 si kadardir. Stvuarm kart§tmlmalan halinde bu akun kmcuar tank duvarma yapi§nn§lardrr.. Katilarm SIVIlar igerisinde suspansiyon durmnuna getirilmeleri istenilmekte ise, tank duvan ile akiin kirici arasmda yakla§Ik olarak 2- 3 em lik bir a91khk btraki!acaktJr. Pervanemn dik veya yatik olarak, fakat merkezden farkh bir noktaya yerle§tirilmesi -~ok iyi sonu~ verir (§ekil 13-lc). Safta yukandan baluldtgmda donme, saat yoniiniin aksi yoniindedir; hem dii§eyle meydana getirilen · a~I ve hem de merkezde•1 uzakl1k biiyiik onem ta§Ir. <;;ok biiyiik tanklarda pervanenin yandan giri§i; hemen hemen standard bir hal almt§!Ir. Bunlar daima, t.ank yar1gapt lie bir ag1 yapacak §ekilde yerle§tirilirler ve bu ag1 biiyiik bir .onem ta§rr. Sekil 13-1 c ve d ye uygun §ekilde yerle§tirilmi§ pervanelerin, tiirbiilans ve pek az da girdap meydana getirmelerine kar§ilik; yan!I§ bir §ekilde yerle§tirilen pervaneleriJ;J, sadece girdap meydana getirmeleri hakkmda bir agiklama yoktur. Karl§tirma konusunun ba§mda «tiirbin» diye adlandiruan cihazm yapth§I ·§ekil13-2 de gosterilmektedir. Diiz kanath tiirbin (§ekil 13'2a) en gok kullamlan tiptir. Pervanenin eksenel olmasma kar§I!Ik, aki§ modeli radyaldir. Tipik bir akl§ modeli §ekil13-3 de verilmi§ olup bu model, §ekil \3-1 b ile kar§t· la§tiruabilir. Boyutlarm alduk~a fazla kar§Ila§Ilan bir oran1 §iiyledir: D;L:W = 20:5:4. K:Ivrtk k.Jnatlt bir tlirbin §ekil 13-2 b de gosteri!mj'lktedir. ·
r!
'
-w __._
c
d
Sekil 13-l. Stvtlann kan~tmlmalan i!rin pervaneli kan:,.ttnctlar: (a) tank mer~ezine dik ola: rak yerle~tirilmi" ve' tank kenarlanna ak.tm ktnct konulmamw; (b) merkeze dtk olarak. yer.. Ie~tirilmi:, ve tank kenarlanna aktm kmct konulmWJ; (c) pervane n:erkez dt!}ID~. eAik olar~ yerle$tirih:D.i~ ve tank kenarlanna aklm ktnct konulmamt$; (d) bUyUk tanklar t!rlD yanal bll' giri! dUzeni. [J.H. Rushton and J.Y. Oldslme, Chem En9. Progr., 49 (4) : 162-163 (Apr., '1953).]
oozPT, . w ~
D
l1
~w
iCUL
Egri kanat b
L:j
a $ekil 13-2. TUrbin yapm: (a) DUz kanat; (b)- ktvnk kanat. [l.H. Rushton, E.W. Cos- · tich, and J.H. Everett, Chern. Eng. Progr., 48(8): 399 (Aug., 1950).]
$ekil 13-3. 51V!Iar t~m tilrbin kan!tlrtct. [J.H: Rushton, E.W. Costich, and H.J. EVerett, Chem. Eng. Prdgr. 46(8) : 399 (Aug., i9SO):]
705
704 13-S. Gaz1a.rm s1Vllarla. Jm.rl!}tmlmasL Bu gene! olarak gaZI tiirbin altma enjekte ederek yapthr. GaZ1n bir pervane altma gonderilmesi bir fayd• sal!;lamaz, c;;iinkii pervaneden dol!;an alam eksenel ve ll§al!;tya dol!;rudur. Tamamiyle bu yonde · olmamakla beraber, onunla ilgili btilunan eski bir metod ise §U §ekilde uygtilanm GaZin tank igerisinde btilunan slVlya, delikli bir boru yolu il!l gonderilmesi §eklindedir. Bu metod. sadece yetersiZ olmakla. kalmayip, hem kon§ma ic;;in uzun bir zamana ihtiyac;; gostd ye hem de yukandaki metodlardan daba fazla kuvveti gerektirir. lS-4. Vlskoz maddelerln kan§tinlmaBI. Bu durum ic;;in pek az sistematik bilgi verinek miirnl<:iindiir. Viskozitesi gok yiiksek maddeler i¢in yol!;urma maklnaSimn (§ekil 13-4) kullamlmasi oldukc;;a yaygmdrr. Yaklll§tk olarak yan silindirik bir tabam olan, iistii ac;;tk bir tekneden (oluk) meydana gelmi§tir. Bu tekuenin ic;;erisinde kendilerine Z §ekli verilmi§ iki yatay btc;;ak donmektedir.
~
yard1m1 ile yapihr. Sekil 13-4 boyle bir cihaz1 gostermektedir. Btc;aklann §ekil ve duruinunu gostermek amrm ile cihaz, bo§altma pozisyonunda giisterilmektedir. Yukandaki cihazm biraz· degi§tirilmi§ bir tip! Banbury kart§tmclSI adm1 alrr ve §ekil 13-5 de gosterilmektedir. Bu cihaz gol!;unlukla kauc;;ul!;un kan§ti· rilmas1 ve . yogurtilmasmda ktillamhr. Her biri silindirik giivde igerisinde yer almi§ iki ptc;;al!;I veya kanach bulunan sou derece agir bir makinadir, Bu silin.dirler lasmen birbirlerini keserler. Bt. ·c;;ak armut bic;;irninde, fakat eksen boyunca alman kesiti, spiral bir yap1 gosterir ve bu iki spiral, birbirlerini kenet- . ler. Boyle bir makinanm gok fazla giig kullanmas1 (500 hp ye kadar)· sebebiyle, silindir duvarlan su piiskii]:tiiciilerle sol!;uttilur. Btgaklarm altmda yer alrui ve al!;tr kayan bir kapt, bo§ahnayt sal!;lar. Hidrolik bir silindir tarafmdan tu- Stkil 13-5. BanQury kan!}ttnciSl: A,. hlttilan · izleYici bir al!;trhk, maddenin ma" !;aklar; B, bo~Saltma kapa~I·; C, besleme kokina ic;erisjllde tuttilmastm temin eder, vam. l.S-5.
Katllann mVllarla. kan§tmlmasL Kat! biiyiik' tanemkli olmadtl!;t, hacmindeki kati .niktart ~ok fazla olmadtl!;t takdirde, diiz kanath tiirbin ktillanarak katilar1 SIVIlar ic;erisinde suspansiyon haline getirmek miirnkiin olur. Yukartda ac;;tklanan §artlarm herhan. gibiri var olmadtl!;t takdirde, operasyon yol!;urma veya bir katinm diger bir kati ile kart§tirilmast §eklini alir.
•m c;ok fazla viskoz btilunmachl!;t ve Sivmm birirn
8c il 1: ua
Jl*il
13-4. Yoiurma makinesi.
Bu yap1 §ekli genellikle sigma kanlit olarak adlandrrthr. Bu btc;;aklar, bir bt?.ak tarafmdan dondiiriilen madde hemen onu izleyen btc;;ak tarafmdan ahmP don·· diiriilebile~:ek §ekilde, §ekillendirilmi§"ve yerle§tirilmi§lerdir. Bu cihaZlar biiyiik boyutlardl! yaptlmi§ olup, pek fazla giiQ ktillanacak §ekilde projelendirilmi§· Ierdir. Isttmak veya sol!;utmak amam ile, bir caket ile sartlnu§ olabildikleri gibi; ugucu karakterdeki goziiciilerin kaybolmalanm onlemek amact, ile, ta111amiyle kapal1 olarak.da yal'Ilabilirler. Bucihazlar her zaman siireksiz olarak c;;ah§trlar ve bu sebeple cihazlann bo§altilmast, makina giicii ile gah~an dil!;er cihazlar
lS-6. Karl§tmna !)arklannm karakterlstlklerl. A§ag•daki analiz, eldeki bilgiler tarafmdan hemen hemen en belirli ·§ekilde ortaya konandu'. Pervaneli kan§tiiicilarlU" uygtilanmakta oldul!;u alatilar §unlardtr: 1. Suytm viskozitesine ·yalan viskozite~e olan maddeleri, ufak kaplarctan c;ok biiyiik tanklara kadar olan, cihazlar· i~erisinde kan§tirmak . 2. 6.000 litreye kadar olan c;ozeltileri, §iddetle" kan§tlnp reaksiyona sokmak veya dispersiyonlarnu meydana getirmek 1
t.
E.J. Lyons, Cllem. Eng. Progr., 44 :: 341-346 (1948).
Catalt~ -
Kimya Miihendi<>li8ine Giri5
F. 45
'
706 707
3. 4.000 litr.;ye kadar alan QOzeltilerin emiilsJyonlanm .1.az1rlamak . 4. 100 me§ den daha ufak tanecik biiyiikliigiine sahip alan ve %10 a kadar kat1 madde ta§Jyan kari§Imlan haZJrlamak . 5. Viskozitesi maksimum 2.000 ·santipuaza kadar alan SlVJlar 6. Sadece laboratuarlarda, gaz - SIVI dispersiyonlarmm haZJd'\nmasJm saglamak · · · Tiirbin' kan~tmcilarm kullamlrnakta oldugu alanla;: ise §urilardrr: 1. 4 ~3 den 400 rn• kadar hacrne sahip, viskozitesi az maddelerin kan§tirll· mas1 2. 40 rn' e kadar alan 'maddelerin dispersiyon tipi, llizh bir §ekilde kan§' tmlrnas1 3. 120 rn' e kadar alan Qok fazh sJvJ!arm, reaksiyona sokulmas1 4. %60 a kadar kat1 rnaddeye sahip alan kan§unlarm hazvianrnasJ ::;, 19 me§ biiyiikliikteki. taneciklerin kari§tmlrnasJ · 6. Viskozit~si rnaksirnum 700.000 kadar olan sJvllar (diiz kanath tiirbinler takdirinde 200.000 santipuaza kadar) 7. %5 den daha az lifli rnaddeye sahip karJ§irnlar Daha yeni ve daha az spesifik bir kar§ll'\§trrrna da vardu\ Biitiin bu fikirler gok Esnektir. Spesifik §artlara bagh olarak, istenilen sonuglar ve kullaml'an iizel rnetocllar gok fazla degi§ir.
.
toz SlZlllasam iinlemek amaCI ile, iistii kapatilnn§tlr. lgerisinde iki veya daha fazla saYJda §tlritli spiraller vardrr. Spiralin biri saga, digeri ise sola diiner ve biiylece madde, tekne igerisinde ileriye ve geriye dogru hareket eder. T oz halindeki kuru maddelerin kan§tirJ!masmda kullanilan diger bir tip kan§tmcJ, di:iner silindirli kan§tmcidrr. Bu, igerisinde derin oyuk!ar olan veya kepge §tlkli verilmi§ kanatlar bulunan, diiner bir silindirden ibarettir. Herkesce hili· nen beton kan§tlruwm buna bir iirnektir. (:ift konili kan§ttrlCI, alt klSim!an kar§! kar§1ya gelecek §ekilde. baglanrrn§ iki koniden olu§rnU§lur. B= tiplerde aralannda silindirik bir klSim olmasma kar§Ihk, baZJ tiplerde yoktur. Ciliaz, konilerin tepe noktalanm birle§tiren dogruya dik bir eksen etrafmda diiner. Buna benzer dijter bir ciliaz {§ekil 13-7) iki klsa silindirden olu§rnu,tur vc bu silindirler, eksenleri arasmdaki aQJ oo• olacak §e1dlde birle§tirilini§lerdir. Bu ciliaz, silindirlerin birle§tirilme yiizeyine dik ve merkezinin biraz. iizerinde olan, bir eksen etrafmda diiner.
13-7. Katllarm katilarla kan§trnlmast. Bu konuda sisternatik bir stmflandirma yapmak miiillkii~ degildir. Sadece gok degi§ik tipte ciliaz kullamlmakla ~almay1p; aym amagla kullamlan ciliazlarm tipleri, birbirlerinden QOk fark11 endiistri kollarmda aytlidrr. ' · Qok ufak tanecikli kuru' tozlar takdirinde, maddenin bir yerden diger bir yere ta§inmasl esnas1~da vidah konveyiirlerin (klSim 16-21} kullamlmalar.l iyi bir kan§rna meydana gelmesini saglar, Bu dururnda yenideu bir ciLaza ve yenider', bir giice ihtiy~g duyulmaz. Siireksiz gah§rnalar igin kuru· kar~§t
"Sekil 1
13~6.
Kuru
kan~tmct.
E.J. Lyons, Chem. Eng. Progr;, 50: 629 - 632 (1954).
V"'"killi ~tmct.
Plastik yapu!a alan maddelerin kan§tinlmalan i~in, iinceki losimda a~ik lamaSJ yapilan yojturma makinast uygundur. Bu konuda diger bir ciliaz (;amur karma makintlSidlr (§ekil 13-8). Bit ciliaz esas itibariyle i~erisinde, birbirlerine paralel ve alt losma yalon, diinen iki §aft! bulunan bir tekneden olu§rnu§tur. Bu §aftlar iizerinde egilinili kanatlar, kiirekler veya ~iviler vard1r. Bu iki §aft, biri digerinin iziemi§ oldugu yola bindirecek (iistiiste gelecek) §ekilde, yerle§ti· rilmi§lerdir. Bu ciltaz, killerin kan§trrilmasmda oldukl,!a fazla bir §ekilde kullanilrr. Ktvanili maddelerin kan§tinlmasmda kullanilan diger bir tip ht~§tlricJ,
709 708
macun kalemi (keskisi, bu;ag•) dir. Bu cihaza ait a~1k!ama 15-9 da yapilacaktlr. <;:ok de!(i~ik tipte bulunan ogutme cihazlarl da, kati!arm kari~tln]malarmda kullainlabilirler. Bu esnada az miktarda sivi kullamldigi da olur. Bi:iylece ogiitmenin yamnda bir de kan§tlrma yapiiir.
Diger bir problem de, kac adet niimunenin ahnacafi• ve nerelerden ahnacag• konusudur. Yayiulanmi§ bir kiSim cah§malara gore niimuneler, geli§igiizel fakat sabit noktalardan ahnma!Idir. Digerlerine gore ise, kar1~mamn en az oldugu noktadan niimune ahnmahchr ve bu noktan1n yeri, tecriibe ile bulunur. Yukar1da yap1lan acillamalardan, herhangi bir kari§ma operasyonunun tam olup olmadigi konusunun, oldukca keyfl kriterlere dayanmakta oldu!(II aula!!Ilmaktachr.
Ostten gorUnUs
'tin dan gi:irUnU~ $loki! 13-8. Camur karma makinesi
metre ~ubuklan ile Y.apdan okmede muntazam gorunen bir kan§Im, pikuometre ile yapilan i:il~mede muntazam gi:iziikrneyebilir. Diger taraftan hidrometre Qubuklart ile muntazam gi:iriinen bir kari§Im, ~i:izeltiyi kullanan kimse iQin yeterlidir. Motor yakltl elde etmek i~in benzinin kur~un tetraetil ile kari§tmlmasi i~leminde, kan~Irnm he zaman tamamlanmi~ olacag1, kari§Imdaki kur§un miktarmm nas!l tayin o!duguna baghdir. Bunun bir sonucu olarak, herhangi bir kan§tlrlima i~leminin tamamlamp tamamlanmadigi sorusu hi~bir zaman mutlak olmay1p, dairna relatiftir. Kan§manm derecesi, elde var olan veya istenilen metodl!Irdau biri kullan!larak kontrol edilir.
(de~irmeni)
13-8. Kan§tlrma .reorlsi - genet ola.ra.k. Kan~t1rma teorisini incelemeye ba§layan bir kimsenin ilk yapacag1 it kar§Ila§acai(I i:izel kari§Irni belirlemek o!Jtcaktlr. Bunurua birlikte niimunelerin incelenmesinde uygulanacak metodun tipi, niimunelerin sa}'l ve yerleri, · niimuneleri incelemek i~in kullamlan metodlarm hassasi; ·et dereceleri ve kan§Imm istenilen i:izellikleri de gBzi:iniinde bulundurulmahdir. Niimunelerin elektrik iletkenlil;leri ve ozgiil agirhklari, niimunelerdeki anahtar komponentin miktan, ~i:iziinebilen bir katmm ~oziinme debisi ve di!(er konular gibi, ~e§itli kriterler kullamhr. Biitiin bu kriterlerin birbirlerine e§deger olmadihlari bir ger~ektir. Ornegiii, ozgiil agirhklan farkl1 olan ve birbirlerinde ~oziinebilen iki siVI yag kan§tmlmak istenirse, kari§Imm her noktasmda ozgiil ai(Irhk muntazam oldugu zaman kan§tlrma tamamlanrm§ olur. Muntaznm terimi ile neyin belirtilmek istendigi sorulabilir. Hidrometre ~ubuklar1 (ozgiil a!(Irhk i:il~en cihaz) kullamlarak bulunan yo~un, luk, en kiiQiik derecelemenin onda biri kadar bir fark gostermemekte ise yukandaki soru cevaplandmlmi§ demektir. Bir pikuometre kullanilarak niimunelerin ozgiil ag1rhklan dikkatli bir §ekilde kontrol edilecek olursa, bir veya iki ondahk daha ileri gidilerek daha miikemmel bir okuma yapilabilir. Bu durumda hidro-
Kari§tlrma ile ilgili herhangi bir teorinin ilk amaCI, belirli bir cihaz icerisinde belirli bir madde toplu!ugunun kari§masi icin gerekli zamam hesaplamak; ikinci amac1 ise, kari§tirma i§lemi siiresince ne miktar giice ihtiyaQ olacagim bulmak olmabchr. Bu alandaki. -c;,ah§malarm incelenmesi, kan§ma icin gerekli zaman konusunda pek az say1da cali§ma oldugunu ortaya koymu§tur. Dag1mk birkac Qah§ma bulmak miimkiindiir '·'·'·'·' Fakat buruar hem sistematik degillerdir ve hm de bunlardan gene! bir sonuc gikanlamaz. Karl§tirma cihazlarmm kullanmakta oldugu gii~ ile ilgili sorular iizerinde oldukca fazla durulmu§tur. Bu konudaki bilgilerimiz §U anda oldukca iyi bir durumdadir. Bununla beraber, i:inemli olan soru, kan§tlrma cihazmm kullandi!(I giiciin miktan olmay1p, bir madde toplulugunun kari§tlrilabilmesi i~in gerekli giiciin toplam miktanmn bulunmaSidJr. Bugiinkii bilgilerimiz ve dde mevcut litera• tiirle son soruyu cevapland~rmak miimkiin qegildir. .
13-9. ~bilir SlVIla.rm kaft§trnlmast. Kari§tlrma metodu, kan§tlnlmalan istenilen SIVIlann icerisinde tiirbiilans meydana getirilmesine baghd1r. Tiirbiilans, SIVImn birbirine kom~u iki tabakas1 arasmdaki ·Juz fark:mm bir fonksiyonudur. Hemrn heme'1 hareketsiz duran bir sivi ile temasta bulunan diger 1
J.D. Wood, E.R. Whittemore, and W.L. Badger, Chem. and. Met. Eng,. 27: 1169-1179 (1922). • J.H. Rushton, Petroleum Refiner, 33 (8): 101-107 (1954). ~ D.E 0 Mack and R.A. Marriner, Chern. Eng. Progr., 45 : 545-552 (1949). ' H. Kramers, G.M. Baars, and W.H. Knoll, Chern. Eng. Sci., 2: 35-42 (1953). ' A.H. Hixson and S.J. Baum, Ind. Eng. Chern., 33 : 478-485 (1941).
7\0
711
bir SIVJ, son derece lnzh bir §ekilde hareket edecek olursa, s1vliarm temas yii• zeyinde yiiksek bir lnz farh meydana gelir ve bu iki i§ yapar. Bunlardan birincisi ~ekini kuvveti (dogrudan dogruya dV fdy ile orantihd1r) olup, luzla hareket ederi SIVIY' kisiinlara par~alar vc;, bu pan;;alan, anafor veya girdap halinde, daha az luzla hareket eden alarliara gonderir. Bu girdaplar olduk~;a uzun bir zaman kalrr ve sonU11da, ~nerjilerinin 1S1ya donii§mesi sebebi ile, kendi kendilerini daW.trrlar. Bernouilli teoremine gore yiiksek luzla hareket eden SIVI, kendisini ~;evre· leyen ve daha dii~iik bir luzla hareket eden SIVIya orarlia, daha az statik basmca sahiptir. Bunun bir sonucu olarak durgun olan SIVI, yiiksek lnzh SlVIya oranla, daha yiiksek statik basmca sahip olur. Bu sebeple dii§iik luzla hareket eden s1v1, yiikl*'k luzla hareket eden siVI jeti i.;erisine dogru .;ekilir. Bu prensip, hsm1 3-26 da ejektorler konu almarak a~;Iklamm§ ve yiiksek luza sahip ah§kan jetinin, dii§iik luza sahip olan ah§kani siiriikledigi ve onun biiyiik miktarlarlDl gercek bir §ekilde pompahrug1 gasterilmi§tir. Bunun .bir sonucu olarak kan§tlrma cihazlarmm pek~;oil;u, yiiksek lokal luz meydana getirmeyi esas alarak, projelendirilmi§lerdir Bunlar kendi tiirbiilanslanm veya meydana getirdikleri girdaplarm tiirbiilanslarim, kan§brllmasl istenilen kiitlenin tiim uzunlugu boyunca • ta§Iyacak §ekilde yoneltilirler. 5ekil 13-.9 yiiksek luzl1 s•v• jetinin, kendisi ile kan§abilen ve biiyiik bir kiitleye sahip olan statik s1v1 i.;erisine giri§ini, §ematik olarak gostermektedir. Jetin
Giren akJ$kan
hacmi artar ve buna ililveten; jetin azalan h1z1, jetin geni§lemesine sebep olur. Kararh bir su jetinin, hareketsiz olan bir su kiitlesi i~;erisine soknlmas1, yeni bir jetin olu§umuna sebep olur ve bu jetin smular1 eksenden, egiroi 1 ilil 5 olacak §ekilde,. bir ac• i!e uzakla§Ir. Bu §ekildeki bir jet, kendisini saran suyu a§aW.daki e§itlikte belirtilen rniktarda, siiriikleyerek ta§Ir. (13-1) Yukar1daki e§itlikte Qe = siiriiklenen suyun miktan X = jet ekseni boyimca uzalli D, = jetin ba§langi.;taki ~ap1 Q = giri§ noktasmda, jet icerisindeki ahm debisi Qe , Q , D, ve X uygun olan birirnlerle Ol~iilmelidir. Bu baW.nnya gore jet, cap•mn 20 ill1 80 katl kadar uzakliklar i.;in siiriikleme giiciine sahiptir. Bu, icerisinde hareketsiz SIVIYI bnlunduran tank biiyiikliigiine oranla, jetin 1nz ve hacmine ba~hd1r. 18-10. Kan§tmCl ~klanmn gli!} tiiketimi. Bu konuda olduk~;a fazla oah~ma yapihm§br. 5u anda elimizde varolan bilgiler, olduk~a yeterli bir kesinlikle, bir kan~tmcmm ihtiyac1 olan giicii hesaplama irnkilnlUI vermektedir. Rushton, girdap meydana gehnedigi takdirde, kari§tlricimn ihtiya.; duydugu gii~ ile diger ~artlar arasmdaki bagmtmm ~ekil 13-10 da gosterilen egri ile or· taya konulabilecegini giistermi§tir'. Bu §ekilde,
=
P tiiketilen gii~. kgr-m/saniye g, = boyutlu sabit, 9,8 (kgr-kiitle)(m)/{kgr-kuvvet)(saniye") p = yogunluk, kgr-kiitle/m3 N = kari§tmmmn donme hiZI, rpm (donii§/dakika) D = , 'fl§hncl ~ap1, m 1
S!bit h~.
~ekirdeg1
$ekll 13-9. Hareketsiz SlVl kiltlesinc siren •••• jetinin diyagramt [J.H. Rushton and J.Y. 0/dshue, Chern. Eng. Progr., 49 (4): 165 (Apr., 1953).]
celcirdek (gobek) hsmmda sabit luzil bir bolge vard!r. Jetin d1§ kenarlart bo· yunca, jeti meydana getiren SIVI ile kendisini ~;evreleyen SIVI luzlart arasmda biiyiik bir £ark oldugu i.;in, kopanhnl§ girdaplar (§ekilde gosterilmemi§tir) meydana gelir. Statik basmc farh sebebi ile yava§ hareket eden SIVI, jet tarafmdan siiriiklenerek ta§mir. Yava§ hareket eden SIVInm jete katlimas1 sebcbi ilc jetin
Sekil13-10, borular iceris;nde akan Sivdar i.;in meydana getirilmi§ olan siirtiinme faktOrii diya~ram1na ~ok benzer. <;:iinkii kart§hrma esnasmda tiiketilen giic, bir SIVI tabakasm.Jan di~erine moment transfer! i~in kullan1hr. Diger taraftan borular i~erisinde akan MVInm meydana getirdigi siirtiinmede tiiketilen giic, stvl momentinin boru yiizeyi tarafmdan absorplanmast i~in kullan1hr. Egrinin 1
J.H. Rushton, Chern. Eng. Progr., 49: 167 (1953).
713
712 Tablo 13-i.
10°
"'o
Kam;ttrma 9arklannm
gli~
tliketimi ile ilgili bilgiler
(13-2) numarah bagmttdaki K de&erleri, tlirbiilent ak1m
A
"'z
Pervane, 3 kanath, araltk = c;aP Pervane, 3 kanath, arahk = 2 9ap TUrbin. 4 kanath, diiz kanat TUrbin, 6 kanath, diiz kanat VantilatOr tlirbin, 6 kanath, 45 o egimli kanatlar .................... . Kapah tiirbin, sabit bilezikli Dliz "ark, 2 kauatlt (tek l'ark), D jW Diiz l'ark, 2 kanath, D /W 6 Diiz gark, 2 kanath, D /W = 8 Diiz l'ark, 4 kanath, D /W = 6 Dliz <;ark, 6 kauatlt, D /W = 6
a,1d
-;;.
c
&."'
D
1ci
10~
10'
10"
10'
=
6
10
dNY ~ Sekil 13-10. :Pcrvaneli ve tlirbinli kan$tmcllann giiy tliketimi: AB, viskoz aklm; BC, geyi$ bOlgesi; CD, turbulent aktm [J.H. Rushton and J.Y. 0/ds/me, Chem. Eng. Progr., 49 (4): 165 (Apr., 1953).)
AB lnsm1, sadece viskoz (laminer) aklmlar i9in iyi sonu9 verir; BC klsm1, viskoz ahmm tiirbiilansh ak1ma donii~me alam i9in; CD klsm1 ise, tamamiyle "tiirbii-
lent karakterdeki aktmlar igin kullamhr. Reynolds saylSI degi§iklige ugrat!larak, a§agtdaki §ekilde ortaya konur.
D'Np
0,32 1,00 6,30 6,30
=4
1,65 1,12 2,25 1,60 1,15 2,75 3,82
!;iekil 13-1 c ve d de giisterilen, merkez dt~ma yerle§tirilmi~ pervaneler de, merkeze yerle§tirilmi~ 4 kanath pervanelerin sahip oldugu K degerlerine sahiptirler. (13-2) numarah e§itlik, belirli bir sivJmn tamamiyle tiirbiilansh bir ahm durumuna donii~mesi halinde tiiketilen giiciin, donen pervane luzmm ii9iincii ye pervane gapmm be§inci kuvveti ile oranllh oldugunu gostermektedir. Bu sebeple, farkh 9aplara sahip iki ~ark kar§Ila~tmlacak olursa, bunlann 9aplan , ve lnzlan arasmda a§agtdaki §ekilde bir bagmtmm var oldugu goriiliir.
(.t
Yukandaki e§itlikte j.t = viskozitedir [(kgr-kiitle)/(m)(saniye)]. Yukandaki egrinin yatay bsm1 (CD) i9in, a§ag•daki bagmtl yaz1labilir.
P=
(
~) (pN'D')
(13-3)
(13-2)
ABC hsm1 i9in buna benzer bir bagmt1 verilmemi§tir. Giinkii bu bsun kan§llrma operasyonunda normal olarak kullamhnaz. Bu bagmlldaki K degeri, (13-1) numarah tablodan e.hmr. Bu tabloda verilen bilgiler 9aplan 10 ilit 110 em arasmda alan pervane ve tiirbinleri kapsar ve bu sebeple oldnk9a giivenilir bilgilerdir. Bu bilgiler, dibi diiz alan silindirik bir tank igerisinde yer alan ve mer• kez gizgisi iizerinde donen, garklar iQindir. Aynca, sivl derinligi tank gapma e§ittir; gark gap1 tank gapmm iiQte biri kadard1r; gark, bir gap boyu kadar tank tabamndan yiiksek konulmu§tur; tankm gevresine dort ahm k!nCI konulmn§tur ve bunlann geni§ligi tank gapmm onda biri kadardu.
Gark ve pervanelerin gii9 tiiketimleri konusundaki bilgiler, oldukga belirli bir ~ekilde b'linmektedir. Belirli §artlar altmda yiiriitiilen bir kari§tlrma operasyonu igin gerekli zamanm tllyini konusu memnuniyet verici olmaktan uzakttr. Bunun ba§hca sebebi kan§tirma i9in gerekli zamanm, kan§tmhnasi istenilen madde karakterinin, maddenin i9erisinde bulundugu kabm biiyiikliigiiniin, kart~tmnanm tamamlamp tamamlanmad•gmi tesbit konusundaki .kriterin ve daha birgok faktiirlerin bir fonksiyonu olmasmdandu. Bu konuda yaptlan ara§t•rmalar heniiz sistematik bir bagmll meyda~a getirmekten uzakttr. Garklarm giig tiiketimleri komisunda daha fazla bilgi kimya literatiiriinde vardir 1• 1
J.H .. Rushton, Cltem. Eng. Progr., 46: 395-404, 467-476 (1950).
18-11. Ka.Wann ka~nnlmaSJ, veya. katJ.Iann az miktardaki SlVllarBu konu, SIVIlann s•VIlarla kan~tmlmasmdan ~ok daha fazla gii~Jiikler ~·kanr. S1vuarm kan~tmlmasmda, ger~ekte muntazam olan son bir niimunenin elde olunma51, .kar1~manm tamamlamp tamanliarrmamas• konusunda hangi kriter ahmm§ olurs11 olsun, miimkiin olmaktadrr. Akla yatkm bir kari§tlrma zaman1, tamamiyle birbirlerine benzer niimuneler vermeye yeterli olmaktadlr. BOyle bir durum, kat1lann kan§tmlmasmda ~ok ender ola,tak elde olunabilir. Bu gibi dururnlarda kiitlenin tiimiinden ge~igiizel fakat muntazam olan bir niimune almak miimk-iin ise de; bunlarm ufak miktarlarda ahnmaSI ha·linde muntazam olmadtklart goriiliir. Sonu~ olarak, katllann kan§tlrumasrm a~lldayan teori konusunda pek az §CY yapdd1g. seylenebilir.
Ja.
ka~bnlmaSJ.
Bu degerden, aymhk (iiniformite) endeksi I, a§ag.daki ~ekilde c;tkanhr.
J = D.
ADLANDIRMA C A = belirli bir numunede A komponentinin konsantrasyonu CmA = kan~lDlm tiimtinde A komponentinin ge~k konsantrasyonu D = k~~~brma yapan ~arkm ~apt, m D0 = gm1; noktasmda jet !raP I Du = kan~mantn muntazam (~iform) oldugunu gOsteren triter D~ = kar!!ltrma ~aptlmanuj bir madde topluluAunqa D deleri 8, boyutlu sa~t7 9,8 (kgr-kUtle) (m)/(kgr-kuvvet) (satrlye') I kan1ttrma tl'm aymbk (iiniformite) endeksi K = (13-2) n111llltralt ~itlikteki boyutsuz sabit N = kariiltnci >arktn hiZt, rpm (dijnli!/dakika) n = nUmune say151 P = ttiketilen gil\), kgr-mfsaniye Q = Jet l
= =
l:(CA- C.A)']O.s 0. n mA
Yukandaki e§itlikte D.= kan§trrma derecesini belirleyen kriter CmA = kart§tmda A komponentinin ger~ek ortalama konsantrasyonu (kan§tmda bulunan her bir komponentin miktan olarak pratikte uygula. rna bulur). CA = tek bir niimunede A komponentinin konsantrasyonu
l:(CA -!CmA)2 ]"·'
n (1- CmA) CmA
Ayruhk e~deksi karl§t1rma yapthnamt§ madde topluluklarmda 1,0 den ba§lamak ve tamam•yle kan§nrihm§ madde topluluklarmda surr olmak iizere degi§ir. Bu sebe_p~e aymhk _endeksi, kart~tlrmanm tamam olup olmadtgm1 gosteren bir kriterdir · Aym kriter s1vtlann kari§tlrllmalanna da uygulanabilir fakat k fazl gerekmez. ' pe a
:lhtimaliyet teorisinin belirtti~ine gore, c;ok saytda gozlemler yapilir ve bunlarda meydana . gelen hatalar tamamen bir tesadiif eseri olursa, ar~tlrlian biiyiikliiklerin en ~ok mii;nkiin olan de~eri, tek tek okumalara ait sapma kareleri toplammm minimum olamdrr'. Bundan «kare kok ortalama» kriteri geli§tirilmi§tir. Bu kriter §U §rlkilde hesaplarur. Sapmalarm kareleri ahmr ve bunlar toplan1r; bu sayt gozlemlerin sa)'lsma ve en ~ok miimkiin de~erin karesine bOliiniir; son olarak da hepsinin kare kokii ahmr. Bu, a§ag.daki §Ckilde yazliabilir.
D.- [
= [
D.o
Yunan Harfleri
P f.L
= YOJiunluk, l
n = niimune sayiSl Maddenin daha iyi kart§t!nlmast halinde bu kriter, stfrra ya~rr. Kan§tlnna yap•lmami§ bir madde toplulu~unda bunun ba§lang.~taki de~eri (D.,) konsantrasyoula degi§ir ve memnuniyet vermekten uzaktrr. Bu de~er a§ag.daki 'I"" kilde hesaplamr.
1
cEn kii~iik kareler teorisi» diye adlandmlan bu konu. ihtimaliyeti konu alan (hata hesaplama alant gibi) matematik bir uygulamadrr.
1
A.S. Mithaels and V.P. Puzinauskas, Chem. Eng. Progr., SO : 604-614 (19S4).
717
716 Tabla 14-1. Elek numaras1na ve tel
SolUm 14
AYIRMA 14-1. Konuya g~. Bu boliim, katilarm tanecik bliyiikjiiklerini ·esas alarak yaptlan ve katdanri aynlmast i§leminde kul!andan, ~ok sayidaki operasyonlan gozoniine alacakttr. 1Ik once, elek analizi kullandarak bir numune i~e risindeki tanecikll'rin dagthmmt tayin eden metodlar iizerinde durulacaktir. Bundan sonra eleme amact ile knllandan cihazlar tamtdacaktir. Bu konuyu, gaz alamlanndan tozlarm aynlmast veya bu tozlarm, iki veya daha fazla fraksiyona ayrt!masmda uygulanan metodlar izleyecektir. Son olarak da, bir ala§': kan alamt i~erisinde suspansiyon haline getirilmi§ kattlann, tanecik biiyiikliiklerine gore yakla§tk bir §ekilde ayrdmalanm yapan cihazlar a~!ldanacaktir. Eleme ile ilgili bir teori, pratik olarak buglin i~in elimizde yoktur. GBkelme (durulma) operasyommu a~tklayan yakla§tk bir teori ileride a~tk!anacaktir. Onceden belirtildigi gibi, ,teori za}'lf oldugu zaman cihaz. projelendirmesinde goriilen ~e§itlilik fazla o!maktadu. Bu ifade, maddeleri tanecik biiyiikliiklerine gore aytran cihadara tamamen. tiygulanabilir. 14-2•. Elekler. Maddeleri tanecik biiyiikliigiine gore ayuan veya maddeleri laran ve oguten, cihazlarm ~ab§malan ile ilgili herhan_gibir a~tk!ama,fark· h biiyiildiiklerde bulunan madde tidktarlarmm t~_Yinini ~aps~t~a a~r· B.~~ gene! ve pratik bir tek yolu vardtr ve bu da, numunenm behrh delik buyukliigiine sahlp bir elekten ge~en fraksiyonunun buluumastdu. Eskidenbe~ ab§ll.•: gelmi§ olan bir metod elelderin, bir lineer in~deki delik sayist (me§) tie, beurtilineleri ·§eklindedir. Bir elek analizi, maddenin 10 me§den ge!;ip 20 me§ tarafmdan tutulan, 30 me§den ge~ip 40 me§ tarafmdan tutulan vs. ktstm]armJ, agubk ylizdesi olarak gosterir. Bu §ekildeki bir raporwi aulamt yoktur ve elegin bizzat kendisi belirli kthmnadtk~a da kullamlamaz. Buna sebep, elek niniuirast (me§) belirli olan bir elegin farklt ~aplara sabip tellerden yapdabilmesi ve. tel ~apt degi§tik~e elegin delik a~tk!tklarmm da degi§mesidir. Bu durum tablo 14-l. de giisterilraektedir! Elek numarast (me§) 30 §eklindeki bir ifade'.'in ne kadar ail· Iamstz oldugu ve ayrtca, delik numarasmm 20 i11l. 30 arasmda degi§mesine kar.J" >lltk delik a~tk!t;!;mm, kullamlan telin kahultgma baglr olarak, hemen hemen ,ym kaldtii;t gorlilmektedir.
~apiDa
ba§h olarak elek (lcliklerinin
Elek
Tel~pt,
Delik:
Elek
numaras1
mikron
a>llcbgt,
numarast (me1)
mikron
(me~~)
30 30 30 30 30
432 356 305
414 490 541
254
592
203
643
20 22 26 28 30
Tet ~apt, mikron
de~i~imi
Delik: agddt~t,
mikron
813 711 508 457 38!
457 445 470 450 465
14-3. Standard elekler. Yukar1da a~1klanan problemlere bir ~ozum yolu bulniak amaCI ile, degi§ik standard elek dereceleri teklif olunmu§tur. Bun. larda, hem kullanilan telin ~ap1 ve hem de bir in~lik bir uzunluk i~erisindeki delik sayiSI belirli lahmnt§tlf. Bu suretle, bir elek iizerindeki delik .a~1khg1 ile onp hemen izleyen elek iizeril).deki delik ~1khii;t arasmda, belirli bir oran meydana gelmi§tir. En ~ok kullanilan standard elek serisi Tyler standard elek 01~lisii'diir. Bu elek i:ilgiisU 200 me§lik bir elegi esas abr, kullan1lan tel 0,0021 ing (0,0053 mm"} gapmda olup,
14-4. Elek aruJ,Uzlerl. Serbest~e akan ufak taneciklerdeit olu§an kati maddeler, gene! olarak kendilerinin ele~ analizleri ile karakterize olunqrliu. Bu §ekildeki bir maddenin elek analizi, numuneyi en biiylik delik ·a~ikhg. bulunan elek iizerine koymak sureti ile ba§latilir. Bu elegin altinda, elek numaral1 gittik~e. kii~lilen, serinin diger elekleri yer ahr. Elek toplulugu · elle veya mekanik olarak, belirli bir §ekilde ve belirli bir siire, sarstltr. Her elek iizerinde toplanan madde toplulugu abmp tartihr.
718
{!2 5
:!:I
Elek analizine ait bir omek 14-2 numarah tabloda gosterilmektedir. Birinci ve dordiincii kolonlar, deney wnucu elde olunan bilgilerden olu~mu~tur. ikinci • kolon, 14 numarah ilitve tablodan ahnan ve mikron1 olarak Ol~iilen delik a~tk hklarmm nominal degerlerini vermektedir. tl.;-iincii kolon her elek tarafmdan tutulan taneciklerin ortalama bii:yiiklii~nii vermektedir. Bu kolonda yer alan degerler, birbirini izleyen eleklere ait delik a~tkhklarmm ortalamalan ahnarak bulunur. Ornegin, 14 numarah (me~) elegi ge~eil fakat 20 numarah (me§) elek tarafmdan tutulan (bu eleklerin delik a~tkhklart mast ile 1.168 ve 833 mikron) bir niimunenin ortalama tanecik biiyiikliigii 1.000 mikrondur. Be~inci ve altlnct kolonlar, dordiinrii kolondan basil bir hesaplama yolu ile elde olunurlar ve elek analizini kiimula:if (biri~mi§) bir §ekilde ifade ederler. Elek analizir·in grafik olarak gosterili§i, birbirinden farkh §ekillerde yapt• bilir. Sekil 14-1, kullamlan' metodlard~ en fazla yaygm olanlanm gostermektedir". Elek tarafmdan tutulan taneciklerin (partikiillerin) aj!Irhk yiizdesi, orta• lama tanecik (partikiil) b
14~2.
Elek analizi ile ilgili bir Of9-ek
numaras1
E1ekdeki delik
Ortalama tanecik
taneciklerin
(mct)
Rl'lkh~l,
bilyilk!U~Il,
a~xrbk
mikron
mikron
yiizdesi
Tylerelek
Tutulan
BUyUk taneciklerin (e1ek UstU) kilmUlatif (birikmi!) yilzdesi
Kll>ilk taneciklerin (e1ek alii) kllmUlatif (birikmi!) yUzdesi
0,0 1,7 25,2
100,0 98,3 74,8
>. 20
~
.=; L.
·~ 15 c:
~00
3'5
1
I I '
!
48 65 100 ISO
I
200
I
200gO>CD
1
!
i
I
.o.o
3.327 2.362 1.651 1.168 833 589 417
2.845 2.006 1.410 1.000 711 503'
295
356
208 147 104 74
252 178 126 89
'
I
I
1,7 23,5 29,8' 21,7 10,5 6,2 2,8 1,7 1,0
o,s
0,2 0,4 100,0
-- I
ss.o
76,7 87,2 93,4 96,2 97,9 98,9 99,4 99,6
45,3
I
23,3 12,8 6,6 3,8 2,1 1,1 0,6 0,4
I
Bir Illi1 dir. C.E. Lapple, uFluid and Particle Mechanics~• University of Delaware, Newark (1951), bll11lm 12.
vv
\ 1000
5000
Ortalama partikGl buy uklugG, mikron "'
.!i._
100 90
eo -2 ~
I I
60 ,§>.50 :§.§ 40 ti= 30 :::> L. ~:0 20 :::J
3
st.10 ,c;;-s
I
'W~ 70
60
"
c
_l _1_
30nh: 20~:0
\
10 3 0 w 5000
0 100
1'11 :::>
c:>-
50 E 40 .;::;::;:
I"
10
w
OOns 90
v
-2 ~ so
1000
Elek acJkllQJ, mjkron Elek C!stunGn birikim yGzdesi
L.
6 8 10 14 20 28
719
If\
Ill
~
E ,,.,
" ••
_ ... 3,4
5
2 1
11-- 1-
ill E ~·
~ '3,0
g, 0
I/ 2,t
~
E
1/
2,o
!;;;
121
::;;: l;i-
2.4
-ii
~0
I
2,t
w •••
I'
" '" Elek altmm
qot QO!I qt
t
!ilo
40
10"" ~W f,O TO 10
.0 tJ
08 IS
birikim yGzdesi
~ekil 14-1. Elek analizinin de&i!$ik gOsterilme metodlan: (a) tekrarlanma saytst..biiyiiklilk da8thnu; (b) kiimiilatif-bilyilkllik dagdtmt; (c) log-ihtimaliyCt diyagranu.
721
720
fraksiyonunu gostermekte olup, kiimiilatif- biiyiikliik daiN•m• adtm a!Jr. Elek analizinden elde olunan bilgileri ortaya koyan di~er bir metod, §ekil 14-1 c de gost~rilen log- ihtimaliyet diyagranudtr ve elek delikleri biiyiikliigiine (logaritmasma) kar§tt olarak, elek altl (veya elek iistii) taneciklerin kiimiilatif yiizdelerinin yerle§tirilmesi ile elde o\unmu§tur. Yatay eksendeki Olgii ihtimaliyet olgiisiidiir; giinkii bu olgii kullamldt~ zaman, normal ihtimaliyet e~risi bir do~ru halini ahr'. Eldeki bilgiler bize bir egri vermekle beraber, pek gok madile tak" dirinde diiz bir dogru ele geger. Bu tip bir grafik, her durumda eldeki bilgileri en lyi bir §ekilde gosterir; giinkii, e~rilik fazla de~ildir. 14-5. Tel elek. Elekler, yukanda agtk!andt~I gibi farklt de!ik' saytsma ve farkh delik agtklt~na sahip olabilirler. Eleklerin pek go~unda, elek tellerinin bir hizada olmalartm temin etmek amact ile, elek telleri gift ktvnmh olarak yapthr. Her zaman ve her yerde kullamlan elekler her iki yonde de, bir inglik uzunlukta aym saytda deli~e sahiptirler. Fakat ozel olarak oriilmii§ eleklerde durum boyle de~ildir. Orne~, oldukga stk kullanilan ve toncap diye .adlandmlun ·bir tip e!ek takdirinde, bir inglik bir uzunluktaki delik saylSl (me§) bir do~rultuda, di~er dogrultudakinin yakla§tk · olarak iki katl kadardtr. Elek delikleri kare §eklinde olmadtgr takdirde, elekten. gegen taneciklerin biiyiikllikleri gene! olarak, deli~in biiyiik !'Ian boyutu ile dejlil kiigiik olan boyutu ile stmrlabtr. Elekler her cins metalden yaptlmakla beraber, demir, piring ve baktr en gok ktillantlan metalleri te§kil ederler. <;:ok ufak taneciklerin ayrilmalan igin lpek elek bezi az olmakla beraber, bir ktstm eleme operasyonlarmda kullanilmaktadtr. · Tel elek yerine, bazt ozel maksatlar igiil, delikli metalik levhalar da kullamlmaktadtr. Delikler yuvarlak veya dikdortgen §eklinde olabilir, delikler arasmdaki uzakhk oldukga farkhhk gosterir. Ome~ delikler arasmdaki uzakltgt az olan fakat fazla saytda delige sahip bulunan metalik bir levha, yiiksek kapasiteye sahip olmasma ra~en gabuk a§tmr veya bunun aksi olur. 7,5 em nin iizerinde gapa sahip delik a<;tkltklarrmn gerektigi hallerde gene! olarak, tel elek yerine yuvarlak deliklere sahip metalik levhalar kullant!tr.
14-6. Eleme clha.zlarmm tiplerl. <;:apt birkag santimetreden 200 me§ biiyiikliige kadar olan taneciklerin gegtigi cihazlara elek ad• verilir. <;:ok de~i§ik yapth§ta alan ele~e cihazlan geli§tlrihni§ olup; bunlar arasmdaki fark.; lar daha <;~k yapttklan i§in hassasiyet derecesi, elenecek maddenin cihaz i~e risindeki hareket metodu ve yapildtkl~n malzemelerin cinsinde goriiliir. Sadece elenecek maddenin biiyiikliigiinii esas alau bir stmflandtrma a§agtdaki §ekildedir. 1
A.G. Worthington and -J. Geffner, Treatment of EXperimental Dam, dohn Wifey an Sons, Inc.. New York (1943), sahife 181-182.
l <;:ok buyiik phrga!t katilarm eleumesinde kullantlan ve kr.ba bir yaptya mhip olan eleme cihaztna, 1skarah 'elek adt verilir. 2. Oldukga biiyiik pargah kattlann elenmesinde kullamlan ve doner bir elekden ibaret olan cihaza, silindirik doner elek (trommel) adt verilir. 3. Ufak pargah katilarm elenmesinde sarsma veya titde§im yapan elekler ' kullaniltr:
14-7. Iskarah elek. Iskarah elek, gubuk §eklindeki tskaralardan yaptlmt§ basit bir cihaz olup, maddenin tskara arahklanndan kolayca gegmesini saglamak amact ile, genellikle egimli olarak konulmu§tur. Egim ve maddenin izlemi§ oldugu yo!, gubuk:t'ann uzunluklarma paraleidir. C:ubuklar genel olarak iist ktstmlan kahn, alt klSim!.m ince olarak yaptlmt§lardtr. Aynca saglam olmalan igin derinlikler~ ,fazladtr; bu, ara!Jklardan gegen pargaCiklarm arahklan tikamasmt da onler. Iskaralt e!ekl.er gene! olarak ktsa ve sonsuz bir §erit §eklinde yapthrlar. Bu suretle kiiQiik pargactklar tskara arahklarmdan gegerken, biiylik pargaCiklar tskaramn sonuna kadar ilerleyerek buradan bo§altthrlar. Bu durumda Iskaralarm yerle§irni, madde aktm yoniine diktir. Diger bir deyimle enine konulmu§tur. Iskaralt elekler sadece kaba aytrmalar igin kullamhrlar. 14-8. Sllindl.rlk doner elekler. Bunlar, tel elek veya delikli metalik lev" hadan yaptlrrn§, donen bir silindirde;, ibarettir. Bir ·veya her iki ucu da agtkttr; silindii ekseni yatay veya haf.ifge egimlidir; bu suretle, silindirin donmesi esnasmda maddenin kendili~inden ilerlemesi temin edilmi§ olur. Gene! olarak iri taneli pargalarm {12,5 mm veya daha biiylil\} aynlmalatmda iyi sonug verir. Bu cihazlann yaptm ve diizenlemelerinde oldukga fazla ge§itlili~e rastlantr. Bunlardan biri §ekil 14-2 de gosterilmektedir. DOkme demirden yaptlmi§ olan bo§alttm ucu A, yatak kutusu C igerisine yerle§tirilmi§, ktsa bir §aft B ta§tmaktadir. Bu ug aym zamanda, silindirik elegi .dondiiren hareket di§lilerini D de ta§Ir. Silindirin diger ucu, dayann1a silindirleri F iizerinde duran a~r bir gemberden E meydana gelmi~tir. Silindirin iki ucu arasmda yer. alan a~\r gubuklara G "!'Y!' egimli demir ku§aklara, gelik gemberler yardtmt ile delikli metalik levhalar bagliumu§ttr. Elek iistii olan pargalar, levhanm sonundaki yuvarlak ·leliklerden ve bo5alttm ucu doklimiinden dt§art atlhr. . ~ekil 14-3 de siiindirik doner eleklerin birbirinden farklt dlizenlemeleri §ematik olarak gosterilmektedir. Bunlarm igerisinde en basiti, silindirin tiim uzun" lugunda e§it biiyukliikte deliklerin bulunmastdir. Bu durumda elek iistii silin~~rik d~n~r ~legin alt ucm1dan bir silo veya huni bicimli bir toplay1Ciya' dokiilur. Behrh btr maddenin ge§itli biiyiikliikte fraksiyonlara aynlmast istenilmekte ise, Qe§itli deli~ biiyiikliigiine sahip silindirik doner elek!erin seri halinde ~:ah§ tmlmast gerektr. Bunlardan ilki, en biiyiik deliklere sahip olandtr ve bu ele~i t. Catalta') -
Kimya Mlihendisli!Hne Giri'$
F. 46
722 ge~en tanecikler, kendisini izleyen diger ele!!;e verilir. Bu sebeple, §ekil 14-3a da gosterildigi gibi, elekleri iist iiste yerle§tirmek en uygun diizenleme §eklidir. Eger ilk elek en ldi~iik delikli elek ise, elek iistii hemen bir sonraki elege gonderilir ve elek dizisiuin, §ekil 14-Sb de gosterildigi gibi diizenlenmesi, en uygun
723
levha losmt, cihazm ep zaytf noktast olmasma kar§thk; en ag1r yih.ii ta§Imakta ve dolaytsi ile, en fazla a§mmaya ugramaktadu. $ekil 14-2 de gosterile., silindirik doner elek bu tiptedir. Dordiincii bir diizenleme §ekli (§ekil 14-3d) birka~
b
c
d
$ek.il 14-3. Silindirik dOner eleklerin 9~it1i dilzenlemeleri: (a) her si1indirde sadece bir blil)iikliikte elek, ilk silindir en kaba elek; (b) her silindirde sadece bir bliyiikliikte elek, ilk silindir en ince elek; (c) her silindirde ·~¥e$itli bliyiikli.ikte etek; (cl) konsentrik trommeller lize.. rinde \¥C$itli biiylikllikte elekler.
adet konsentrik siliudirden olu§mU§tur. En i~te olan en uzun olup, en biiyiik deliklere sahiptir. Bunun dt§mda olanlar; daha losa ve daha ufak deliklere sahiptirler. Bu diizenleme tipinin en faydah y
$ekil 14-2. Silindirik dOner elek: A, bo-$alttm ucu dOklimii; B, klsa ~aft; C, yatak kutusu; D, hareket di$lisi; E, ~ember; F, dayanma silindirleri; G, ejiimli demir ku$ak.
diizenleme §eklidir. Bunlardan farklt bir ba§ka diizenleme §ekli (ufak · kapasiteler i~in) daha vardtr. Bu diizenleme §ekli tek bir silindirden meydana gehni§ olup, beslemenin yap1ldtg1 u~ta en ufak delikler, bo§almamn yapt!dtgt u9ta ise en biiyiik delikler yer ahr. Bu diizenleme tipi §ekil 14-3c de gosterilmektedir. Bu durumda elek, delik biiyiikliikleri birbirinden farklt kmmlardan olu§mU§ ve bu klSlmlarm alunda, ayrt ayrt toplama kaplan yer almaktadrr. Bu diizen\eme tipinin §U sakmcast var~hr. En ufak deliklere sahip t~l elek veya metalik
Bu tipte olan bir cihaz yardtmi ile daha ufak taneli maddelerin aynlmast istenilirse, biiyiik delikli ve kaba dokunmu~ tel elek veya delikli metalik levha yerine, silindir;i:t ince dokunmu~ t.el elek veya ipek elek bezi ile kaplanmas• gerekir. Bu §ekildeki bir cihaza gene] olarak eleme dolab• ad• verilir. Bu cihazlar ozellikle ince taneli maddelerin aynlmalarmda loullamh:lar ve korlenerek (tlkanarak) eJeme yapamayacak haJe geJmeJerini onJemek i9in, bir klSlffi yardtmCI cihazlarm kullamlmalan gerekir. Korlenme terimi, elek deliklerinden biiyiik taneciklerin delikleri tJkamas• anlammda kullamhr ve boylece, elek ylizeyinin onemli bir k1sm1 gorevini yapamaz hale gelir. Bu egilim, bi.iyiik delikli eleklerden 90k kli9iik c."likli eleklerde goriiliir. Bu sebeple biitiin kii9iik delikli eleklerde, korlenmeyi onleyecek tedbirler almmahdtr. Eleme dolaplarmda, dolabm dt§
7.25
724
kismma yerle§tirilen doner fu~alar, bu ukanmalan onlerler tnce . taneli mad- . delerin elenmesi onemli derecede tozlanmaya sebep oldugu i~in, bu tip Cihazlarda iiriiniin uzakla§tmhnasi vidah bir konveyor ile saglamr ve aynca cihazm tiimii, toz · s1zdumayacak §ekilde kapauhr. 14-9. Sarsma.h elekler. Tanecik biiyiikliigii 12,5 mm veya daha ufak olan maddelerin elenmesinde, yatay veya hafif egimli konuhnu§ ve ileri- geri hareketi saglannu§ elekler kulhmdu. Bunlann <;ok <;e§itli yaprn§a sahip olanlan bulunmakla beraber, pek <;ogu gayet basit yapih§taihr. Basit makina elemanlan ile yapilmi§ bOyle bir elek §ekil 14-4 de gosterilmektedir. Elek <;er<;evesi
14-10. Ti~imli elekler. Bazt durumlarda, elegi sarsmak veya elege ileri-geri hareket vermek yerine, taneciklerin hareket etmelerini saglamak ve korlenmeyi onlemek amaCI ile, elek titre§tirilir, Elek bezi veya teli baglama civileri ile elek govdesine tuit~rulur ve boylece, titre§iniler i<;in olanak saglanIDI§ olur. Ele:.O govdesi dt~mda yer alan doner. bir ~aft, elek baglama civilerine devamh olarak vuran, mafsalh <;ekicler ta§Imaktadu. Diger bir metodda ise, elek <;er<;eveslliiu alt yiiziine bir .veya ilii adet oluklu demir veya ba§ka bir ta§Iy:ICI yiiz yerie§tirilir, Bu demirler, doner §afta tutturulmu§ kamlar iizerine
$ekil 14-S. Hum-mer eleli.
A-A kesit:i $ekil 14-4. Sarsmah elek,
oluklu demirden (U demiri) ·yapihni§ olup; itd noktas;ndan asia <;ubuklan ile, serbestce hareket edecek §ekilde, .asilmi§tir. Elek, doner bir §afta baglannu§ salg1h ~asnak (eksentrik) vaSitas1 ile sarsdu. Elek bezi dogrudan dogruya cer· <;eveye percinlenir veya degi§tirilebilir ikinci bir cer<;eve kaynakla tuttiuulur .ve bu <;er<;eve, ana 'cer<;eveye ctvata ile. baglamr. Diger bir baglama metodu ise; t>lek bezinin veya telinin ~ercevenin i<; lasmma ctvata ile baglanmasi, §eklindedir. Bu baglama tipinde elek bezinln veya telinin kenarlart, hafif lavr!lrni§ olarak Civatalann altma kadar uzatilu. Bu .§ekildeki yap1 tipinin <;ok ce§itli olanlan vard1r ve bu ~e§ltlilik projeyi ~apanm zekll. ve·'hiinerine baghd:!r.
otururlar. Titre§imli eleklerin en tanmnu§ olan tipi Hum-mer adini ta§unaktadu. Bu, §ekil 14-5 de gosterilmektedir. Tel elek, §ekilde gosterildigi gibi, kenarlardaki <;eneler yard:!mt ile cekilerek gerilmi§tir. Elek govdesi iiZerine alternatif akun. n;nkuatlSI yerl«~tirilmi§ 1
72o
727
rna olanagt saglar ve bn toplar, tahtadan yaptlrnt§ engellerin yanal yiizeyine geri gelir ve bu esnada, esas elegin alt yiiziine ~arpar. Cihazm tiimii, alt tarafmdan kayan bir yataga E; iist tarafmdan ise, tek bir yataga F baglan· rnt§llr. tfst u~, .agtr bir volan iizerinde yer alan eksentrik saplarnaSl yardtmt ile dandiiriilmektedir. ~arparak
Yatay veya ei1;imli konulmu§ sarsmah veya titre§imii eleklerin tiimii, tek bir cihaz igerisinde bir veya daha fazla ayrrma i§lemi yapabilirler. Sadece bir elek bezi varsa, biri elek iislii dii1;eri elek alll olmak iizere, iki iiriin elde olunabilir. Biri digerinin iistiinde yeralmak sureti ile, §ekil 14-6 da goriildiigii gib~ iki veya .daha fazla elek bezi aym ~ergeveye baglanabilir. Kaba dokulu elekler iistte ve
@m . . .... 0 A ..
A
~ekil 14~6.
Rotex
C, tahtadan
yapllmt~
c
ele~i:
A, esas eleiD.eyi yapan elekler; B, kaba dokunmu~ destek elekleri; ayuma ku~aklan; D, lastik toplar; E, kaygan yatak; F. eksentrik yata&t.
ince dokulu elekler ise alttadtr. iki elek arasmda yeterli bir arahk btralnlrm§; aynca, her elegin alt ucunda bir bo§altma olugunun bulunabilmesi i~in, her elek bir iistiindekinden daha lasa yaptlmi§llr .. Bu §ekildeki bir cihazda n saytda elek bezi Mlunacak olursa, maddeyi (n+l} fraksiyona aytrmak miimkiin olur. Mineral haztrlama ile ilgili yaymlar i~erisinde, eleklerin ~ah§malanna ait gok say1da bilgiye rastlamak miimkiindiir1. 2 veya 3 numaradan daha ufak numaraya sahip eleklerin endiistride (me-. lalurji alanmda) yaygm bir §ekilde kullamhnalan, cok ender goriilen bir haldir. Ufak kapasiteli"i§lerde daha gok elek numaraSl 100 e kadar olan elekler kullao 1
A.F. Taggart, «Handbook of Mineral Dressing,» lohn Wiley and Sons, Inc. New York Jostm 7, sahife 21 ff.
mhr. Bundan daha ufak tanecik biiyiildiikleri igin, bir gaz veya SIVI alamt igerisindeki taneciklerin kendi agirhklan ile ~okelmelerinden veya santrifiij kuvvet tarafmdan biiyiiltiilen ceklm kuvvetlerinden faydalanan, cihazlar. kullamlmaktadu. Bu ayuma metodlan gene! .olarak, gaz veya SIVl alamlarmda meydana getirilen ~okelllne (durulllna} operasyonlan igin, uygulamnaktadtr. Bu boliim, maddeleri tanecik biiyiikliiklerine gore aynma konusunu ele al· dtfi:l igin, sadece bu tip aytrmalar iizerinde durulacakttr. 'Biitiin bu cihazlar, gaz ve SIVl alamlarmdaki gok ufak tanecikleri tamamiyle uzakla§llrmak amac1 ile yapildiklarmdan, manttkl olarak siizme operasyonunun bir alt Simfmt te§kil ederler. Bu konularm bu iasirnda agiklanmasmdaki sebep, maddelerin tanecik biiyiikliigiine gore ayrthnaSI operasyonlarmm degi§ik bir §ekli olmalarmdandir.
14-11. Havanm katJ. taneclk veya SIVI damla.cikla.nndan kur1nnlmas1 metodlan. siklon seperatorleri. Siklonlar ozellikle kattlarm akt§kanlardan ayrihnalan (kiSlm 5·22 ye balnmz) amaCI ile kullanthr ve ay1rma i§lemini etkilemek i~in, santrifiij kuvvetten faydalannlar. Bu aytrrna operasyonu sadece tanecik biiyiikliigiine degiL aym zamanda taneCik yogunluguna da baghdtr. Bu sebeple siklonlarda aytrma, ya tanecik biiyiikliigiinii, ya taneciklerin yogunluk. lanm veya her ikisini esas a!Ir .. Bu §ekildeki bir cihaz §ekil14·7 de gosterilmektedir. Cihaz esas olarak lasa ve dii§ey bir silindirden ibaret olup, iist lnsmi diiz veya i~biikey bir plaka ile ortiihnii§; alt lnsmt ise, konik bir yaptli§a sahiptir. Katt tanecikleri ile yiiklii olan hava, cihazan silindirik lasmmm iist nokta'i'na yalnn bir yerden, tegetsel bir giri§le cihaza gelir. Santrifiij kuvvet katt lane· __..u...__-lfl.'--1 cikleri cihazm duvarma dogru atar ve bu tanecikler, duvar boynnca a§agt ka/ \ yarak, once konik lasma ~onra da bir 'toplama kabma dokiiliirler. Hava ctkt§I genel olarak silindirin tam ortasmdadtr ve havanm lasa c!evre yaparak, geli§ borusundan gtla§ borusuna gecmesiIii onlemek igin, hava gila§ borusu silindirik kiSmm ortalarma kadar uzattl• mt§llr. Bu cihazlar tahta tala§lanm, agir ve kaba tozlan ve pek ince taneli Sekil 14-7. Siklon seperatorii. ohnayan her tiirlii kattlan hav~ veya ba§ka bir gaz alammdan aytrmak amac1 ile kullanillrlar. Bu clhazlar aym zamanda, agir ve kaba tanecikleri hafif ve ince taneciklerden ayirmak amaCI ile de kullamlabilirler.
728
729
Bir SIVI igerisinde suspansiyon halinde bulunan kat1 taneciklerin aynlma· smda da, siklon seperatiirlerden faydalamlabilir. Bu hususda en gok kullamlari SIVl sudur. SIVmm viskozitesi gazm viskozitesinden 9'ok yiiksek (36°C sicaklikta suyun viskozitesi aym s1Cakhktaki hava viskozitesinin 36 kat1d1r) olduii;u igin, kar§Ila§Ilan ala§kan direnci dahil biiyiiktiir. Daha biiyiik bir santrifiij kuvvet elde ~debilmek igin, siklon seperatiiriiniin gapr l:iigiiltiihnelidir. Bunun bir so· nucu olarak silindirik klsmm gap1. 38 em daha az, konik klsmm aglSl ise 15° ild 20° arasmdadu*. Besleme aklmmm siklon s~peratOriine giri§ basmCI 0,35 na 8,5 kgr/cm• arasmdadu.
haz kall tanecikleri biiyiiKliiklerlue gore iki fraksiyona ayurr; bu ayuma, toz tu· tucu cihaz ile birlikte lie olur. Bu ~ekildeki bir filtrede hava, pamrik veya, yiin kuma~tan yap!lm!§ uzun ve silindirik torbalar igerisinden gec;irilerek, siiziiliir.
Bu cihazlardan biri DorrClone ad1m ta§rr. Bu cihaz §ekil 14-7 de giisterilen cihazm geli§tirilmi§ bir tipidir. Yukanda agiklandigi §ekilde hem silindir gap1 ve hem de konik klsmm aglSI daha ufaktJr. Suspansiyon halindeki besleme ala· mmm cihaza tegetsel olarak giri§i, bir pampa ile saglamr; kaba yap1h agu tane· cikler, siklon duvarlanna dogru allhr ve alt ugtan di§an 91kar!ar. Ufak veya hafif tanecikler ise, cihazm orta k1smmda yukanya dogru yon alarak, iistten d1§an atJhrl&r. 14-12. Hava seperarorlerl. Siklonlar tek ba§Ilarma, gok nfak taneli katilarm birbirlerinden aynlmalannda, etkili olamazlar. Bu §ekildeki madde· lerin ayr•lmalannda, santrif.iij kuvvetle birle§tirilmi§ bava ak11m kullanll1r. Hava seperatorlerinin bir orne!?;i §ekil 14.-8 de gosterilmektedir. Besleme ak1m1 A noktasmdan cihaza girer ve doner plakaya B garpar. Aym §aft tarafmdan hareket ettirilen va11tilator kanatlan C, ok\arla giisterilen hava akmllanm meydana ge• tirir. Ufak tanecikler hemen hava aklqn tarafmdan ahmr ve D klsmma ta§mrr. Bu klSlmda hava luz1 azald•!?;• igin tanecikler konik k1sma dii§er ve E kapa!?;m• dan cihaz1 terkederler. Hava ak1m1 tarafmdan ta§mamayan ag>r tanecikler, igteki konik kisimda toplanarak F kapa!1;1 yolu ile cihaz1 terk ederler. Modern bir ma· kinenin gah§masi: §ekil 14-8 dekinden gok daha dikkatle yiiriitiiliir; fakat me· tad ve prensip §ekil 14-8 ·dekinin aymd1r. 14-13. Torba filtreler. KJSJm 14-14 den 14-16 ya kadar !igiklamalan yap1lacak cihazlar ve torba filtreler, maddeleri tane biiyiikliigiine gore ayrran cihazla; degillerdir, fakat gene! olarak bu tip operasyonlarm esas klSimlarmdan birini te§kil ederler. Ornej!in, ~el..il 14-7 de gosterilen siklon separatorii hava ak1m1 i~erisindeki biiyiik t;necikleri uzakla~tmr; siklondan kagan kiiC;iik tane· cikler ise, torba filtre tarafmdau tutulur. Hava ak1mlari igerisindeki kati tane.. Cikleri tutmak ve ay1rmak igin yapilan cihazlar, ufak tanecikleri tutmak ama~1 ile torba filtreye baglanacak §ekilde projelendirilebilirler. Bu dururnda esas ci•
*
A.F. Taggart, «Elements of Ore Dressing,» John Wiley and Sons, Inc., New York (1951), sahife 125. '
~E Ufak taneler ~ekil 14-8. Hava seperatOrli: A, besleme hunisi; B, dOner plaka; C, vantiHitOr kanatlan; D, durultma (!rOkeltme) odact§:t; E, ufak t~neli iirlinlin ~tkt~t; F, biiylik taneli· lirliniin !;tkt~t.
Boylelikle hava alamiJidan uzakla§hrllan toz, torbalarm igerisinde kalu. Bu ci:hazlara havayr zaman zaman kesip, torbalar1 sarsacak bir tertibat iHlve olunur ve. biiylece, tutulan tozlar bir toplama hunisine ·dokiiliir. Evlerimizde kullan· makta oldugumuz elektrikli siipiirgeler torba filtrelerin en basit .orneklerini t~§kil eder!er. Torba filtrelerin bir tipi §ekil 14·9 da giisterilmektedir. <;:ok sayrdaki silin· dirik torbalar A, levha halindeki metalden yapllin!§ bir odac1k B ic;erisine yer· le§tirilir ve iist. klSlmlarmdan as1hrlar. Siizme periyodu esnasmda siiziilecek olan gaz, cihazm alt lasin!ndaki huniye C girer, torbalar igerisinde a§a!1;1dan yukan-
730
731 qu» diye adlandmlmt§; olan, durumun meydana gelme•ine sebep olur. Sekilde gosterilen cihaz, Qok saytdaki cihazlardan 'sadece biri oldugu ve biitiin cihazlar, a!Qak basmQ altmda bulundugu iQin, muhafaza iQerisine hava stzmast olur ve bu hava, torba filtreler i>erisine geQerek tozun yer degi§tirmesine yardtm eder. Toz ta§tyan hava, cihazm huni ktsmma K ve siizme yapan diger iinitelerine geQer. Aym zamanda, iiQ ko§eli krank kaldtractmn G yatay kolu bastmlarak Qubuklar, L lnzla donen §aft N iizerindeki kanllar M ile kar§tkar~tya getirilir. Bnnun sonucunda torbalar, §iddetle samhr ve tutmu§ olduklan tozlardan kurtarthr. Tozun biiyiik bir lasm1 huni K iQerisine dii§er ve bu tozlar zaman zaman aQtlan P kapagt ile m§an ahmr. Bu §ekildeki bir cihaZin biitiin hareketleri otomatik olup, birim hacim iQerisine yerle§tirilmi§ siizme yiizeyi Qok biiyiiktiir.
sGzme peryodu
sarsma peryodu
•·ki! 14 9 Torba filtre· A filtre torbalan; B, muhafaza; C, .giri~ ba~Iant.J.st; D, k~alm;kboruil. ..,.. - · htzlt ~aft; F, · timak ' ·· k''o~ eli.. ..ran m r, (kam); ~. U~ kO~eli krank ko1u; H , u~ su·1 E d~iik 1, ka;ak; K, toz hunisi; L, sarsma kolu; M, sarsma kamlan; N, kam ~aftt; P, urun bo~ahm yolu.
ya dogru yo! ahr, filtre bezini geQer, filtre bezi ru§ma sii•.iilm~§ ~~~:ak Q~ar ve ciliazm iist lasmmdaki esas Qtkl§ borusundan D emme vantililtor~e grrer · Vantildtm,. ust ktsunlanndan asth olarak dururlar. Salt E Qok yava§ doner, birkaQ dakika arahklarla kam F iiQ ko§eli krank kolunu G bastinr ve onun, yatagi H etraft?da donmesini saglar, kapagm durumunu degi§tirir ve §ekill~-1! da «sarsma penyo·
14--14. Cottrell elektrofiltrelerl. Hir gaz alamt, kuvvetli ve tek yoruii bir elelitriksel alana sokulacak olursa, gaz iyonize olur ve bir elektroda dogru siiriiklenir. Gaz iQerisinde, suspansiyon halinde nfak kati tanecikler veya SlVl damlamklar bulunmakta ise, bunlar elektrilde yiiklenir ve iyonize olmu§ gaZlU yoneldigi elektroda dogru gazla birlikte siiriiklenir. Korona (veya sakin) tipi elekttiksel bo§ahm tercih olunur; Qilnkil gerQek ktvtlmmlar, muntazam olmayan §artlan meydana getirmekle kalmaz, aym zamanda Qok fazla gilQ transferine de sebep olurlar. Bu sebeple, gazdan kati taneciklerin veya SlVl damlactk!armm uzakla§tmlmalarmt etkileyen iki faktor vardtr. Bunlardan biri ta§tytct gazm kendi alamt; digeri ise, elektrostatik aiana nazaran taneciklerin hareketidir1• Dogru alarum voltajmt yii\
Perry sahife 1039 ff e bakm1z.
733
732 3,0 na 5,0 m yiikseklikte olabilirler. Boru tipi elektrodlar 1,8 ila 4,5 m yiiksek• likle olabilirler. Tozlar cihazm alt lasmmda yer alan bir hnniye dokiiliirler. Yiiksek basm<; kullamhnas1 sebebi ile, liizmnlu izolasyonu temin etmek, sizmalar ve arklar yolu ile meydana gelen gii<; kaybm1 onlemek i<;in, <;ok kar1~Ik bir yap• ~eklinin kullamlmas1 zorunludur. Cottrell metodu, her cins arhk gazlardan ince tozlarm tamamiyle uzakla~hnlmasi i.;in, ba~an ile kullamlmaktad1r. Yiiksek fmn (eritme fmm) gazlarmdan mineral tozlarmm, kur§un oksidin veya arseni)tin; doner fum (<;imento fmm) gazlarmdan potas tuzlim ta~•yan tozlarm; fosfor fmm gazlarmdan fosfor penta:oksidin uzakla~tmlmasi, pratikte kar~·la~Ilan orneklerden birka<;ml te~kil eder. Suspansiyon halind
14-15. Ytkaytcllar. Olduk<;a biiyiik say1daki <;e~itli cihazlar, kat1 tanecikleri veya s1v1 damlaciklan gazlardan uzakla~tnmak i<;in, gazlarm su ile Y'kanmasmdan faydalamrlar. Buularm pek<;o)tu ters alam prensibini uygular; db ger bir deyimle, gaz cihaza alt ktsmmdan su ise iist k1smmdan girer. Bu ~ekil deki bir cihaz, ~ekil 14-10 da gosterilmektedir. Bu cihaz, konik tabana sahip dik bir silindirden ibarettir. Suspansiyon halinde kat1 tanecikler veya s1v1 damlaCiklar ta~1yan gaz, cihazm iist k1smma yakm bir noktadan A teget olarak ciliaza glrer ve deflektor konisinden B a~ag• dogru inen, su veya ba~ka bir s1v1 tarafmdan meydana getirilen, S1Vl perdesi igerisinden ge.;erek ynkartya dogru yiikselir. Bu deflektiirler, halka bi<;inlli bir raf D iizerine oturtulmu~ sabit kanatlarm C iistiinii i:irtmektedir. Gaz, s1v1 perdesini (kulenin merkezine do1!;ru) ge~tikten sonra, yoniinii de1!;i~tirir ve kanat arahklanndan ge<;er. Bu §ekilde, birka<; kere gazm Slvt ile temas1 sag;hinn. Y1kama amaCI ile kullamlan s•v• iist koniye gonderilir. Gaz tarafmdan siiriiklenen s1V1 damlac1klan (Y'kama SlVIsmm), ~ekil 14·10. Toz yikaYICI: A, gaz cihaz1 terk ehneden once bir damlac1k tutugiri!}i; B, deflektOr konisi; C, kanat~ cusundan E ge<;irilerek gazdan alnur. Bu ci• lar; D, raflar; E, damlactk aytnct. haz siklon separatorii ile gez YlkaJ1cmm bir (Schne~!-/e.) bile~imidir. Cihazm .;ok say1daki bet'zerleri bulunmakta olup, buularla ilgili bilgiler kimya literatiiriinde yer almaktadir1 • '
Perry, sahife 1034-1039.
Gaz y•kanmas1 konusunda yeni bir geli§me, ozellikle sulfot asidi dumanlarmm y•kanmasmda b~anh olan, venturi )'lkay1ci!an olmu~tur 10 • Bu cihaz esas olarak, i<;erisinden gazm ge<;tigi bir venturi borusundan (~ekil 2-18 e babmz) ibarettir. Gaz venturi bogazmdan <;Ikar Qlkm?Z, dii~iik basm<;•aki (0,35 na 1,05 kgrjcm') )'lkama SlVISl ile kar§Ikar§Iya gelir ve bir SlVl perdesi vermek iizere,' <;evreye dogru dagltlhr. 60 ilil 120 m/saniye h1za sahip gaz, s1v1 perdesine .;arpar ve onu yarar. Bu yarma sonucunda olu~an s1v1 damlaciklan k1sa bir za. manda h•zlamrlar. Aynlma lasmmda gaz h1z1 azald1g1 i~in, gaz i~erisindeki. ufak tanecikler, s1vt damlaciklan tarafmdan •slat1hr ve .;ok say1da .tanecik birle~meleri olur. Y1ka)'lCIY1 terkeden gaz bir siklon separatiiriine girer ve burada birle§mi§ tanecikler gaz aklmmdan ahmr. Boylece, sulfat asidi dumanlarmm etkili ve ekonomik bir §ekilde gazdan uzakla§tirdmalan miimkiin olur. 14-16. Hava flltrelerl. Pek .;ok ptoseslerde, tozlardan miimkiin oldugu kadar kurtanlm1~, havaya ihtiya~ vardn. Bu prosesler, yiyecek maddelerinin ve bakteriler tarafmdan bozunmalan miimkiin olan diger maddelerin kurutulmas~ fotograf filimlerinin haZirlanmasi ve benzerleridir. Bu ama.;la hava, ag1r bir yag ile 1slatdmt§ .;elik veya cam yiiniind!'n yap1hp, s1k1 bir §ekilde ambalajlanmt§, filtreden ge<;irilerek yeterli bir §ekilde temizlenebilir. Havanm dolamba.;h ge<;itlerden ge<;i~i esnasmda meydana gelen tiirbiilanslar, hava tarafmdan ta~man'tanecikleri er veya ge<; ya~h· yiizey ile temasa gelir. BBylece hava i<;erisindeki taneciklerin .;ok biiyiik bir IOsmt havadan uzakla§tmlabilir. Nemlendirmc - nem gid"rme ve su so~utmada uygulanan StJ piiskiirtiilmesi, tozlartn uzakla~tudmasmda da oldukQa etkilidir. · 14-17. Dnmltma (!;ilkeltnie) lie bliylikl\lk aytrnm. Eleme' ile etkili bir ~ekilde aymlamayacak kadar ufak taneciklerin varolmas1 v~ya biiyiik tonajda maddelerin a)'lrma operasyonuna soktllmasmm istenilmesi halinde, birbirinden farkh biiyiikliikteki taneleriri, ~okelme debileri arasmdaki farkdan faydalamhr. Ornegin, yukanya dogru yiikselen bir su aktm1 i<;erisine, ~iikelme debileri birbirinden farkh iki ta;,ecik konulmu~ olsun. Suyun ak1m inz1, iki tanecige ait .;okelme debileri arasmda tutulacak olursa, yava§ olan tanecik yukanya dogrn ta§mir, lnzh olan timecik a§aij;lya dogru dii~er ve boylece tanecikler birbirlerinden aynlrm§ olurlar. Diger bir metod, ~ekil 14-11 de gosterilen ~ekilde, suyn bir tank i<;erisinde yatay ve yava§ olarak akttmaktan ibarettir. Giren su ile birlikte iki tanfcik de tank i<;erisine siiriiklenecek olurlarsa, her ikisi de. <;okelmeye ba~lar. Ashnda 1 W.P. Jones, lnd Eng. Chern., 41-2524-2427 (1949). • H.F. Johns1one lllld M.H. Roberts, Ind. Eng. Chern., 41 :2417-2423 (1949).
735
734 herbiri yatay olarak aym debide ta~m1r, fakat h1zh ~oken tanecik tank tabamna, vava~ ~ken tanecikten Once vanr ve tank giri§ine yakm kistmda kilmelenir. Bu Slntflandlrma metodlan yukar1da a~lklandigl kadar basit degildir. Taneciklerin ~okelme debiler4 diger ozellikleri ile birlikte, onur. ~ekline baghd1r. Smuland1rmayi yapan cihazm herhangi bir kesit alanmdaki su luz1, daha dog- · rusu bu h1zm dagJ1um, diizgiin degildir. Bu sebeplo boyle bir ayJrma operasyonn; tanecikleri bliyiiklliklerine gore ayJrmada, tam bir ay1rma yapmaktan uzakur. Tanecikleri, bliylik tanecik ve kli~lik tanecikler olarak iki fraksiyona aymr. Bunlarm herbiri birbirlerinden farkh bliyliklliktcki taneciklerin bir kan~lmidlr. Bu sebeple yapdan bu ~perasyona tanecik bliyliklliii,line gore ayJrma metodu yerine smtflandtnmi metodu ad1 verilir.
Sckil 14-11.
tular en kaba taneli fraksiyonlan toplarlar. Bugiin bu cihazlarm yerini tamamiyle konik smtflandmc•lar alm1~ bulunmaktad1r. Bu cihazlar, uglan a~ag,ya dogru olan, farkh bliyiikliiklerde bulunan ve list laSJm!armda gepgevre bo§altma olui!;u yer alan, konik kaplardan ibarettir. Bfiylik tanecikler koninin dibinde toplamr, buradan zaman zaman veya devamh olarak ahmr '(Jfak tanecikler list ak1m taraflndan sliriiklenirler. Ayuma tam. olmay1p yakla§Illlr; fakat mineral haz1rlama fabrikalarmda ~ok say1da ve ~e§itli tiplerde koniler kullan!lmaktadu'.
14-19. Hidrolik su kullanan smifiandinmlar. l;iekil14-12 de giisterilen gift konili smulandmCJ, bu tip .SimflandmCJ!ara bir ornektir. Besleme alam1. ig . koniye A girer; hidrolik su i;le, cihazm alt lasmmdan B gonderilir. tg konide ~okelen tanecikler C noktasmda yiikselen bir su lasm1 ile kar§I kar§Iya gelirler.
Basit hidrolik ay1rma.
Taneciklerin ~ilkelme debileri aym zamanda onlarm yogunluklarma da baghdu. Smlflandmlacak madde, farkh bile§imlerde (dola)'lSI ile farkh yogunluha)' Vb farkh tanecik bliyiikliigiinde minerallerin bir kari§Immdan ibaret i~e, biiylik tanec1kler fraksiyomi aglr komponent~e zengin ve kli~lik tanecikler fraksiyonu ise hafif komponent~e zengin olur. Bu §ekildeki ay1rma operasyonlan gene! olarak mineral haZirlanmasi esnasmda uygulamr ve bu kitapta a~Iklamalan yapilmayacaktir. Burada a~1klamalar1 yap1lan ve tanecik bliyliklliiiline dayanarak aymna yapan cihazlarm pek~ogu, aym zamarda maddelerin ozgiil ag,rhgma bagh olarak da a)'lrma yapabilirler. Smiflandirma cihazlan sadece basit ~oke!meden veya mekanik cihazlar yardim1 He yap1lan gokelmeden faydalanabilirler. Sadece madde (gamur veya lapa gorlinli§linde) igerisinde giren su ile gah§abilir veya d1§ar1dan aynca su ililve edilebilir. DI§ar1dan i!Ave olunan bu suya hidrolik su ad1 verilir. Cihaza giren blitiin kat1 tanecikler gokelmekte ve berra~ bir list akmi meydana gelmekte ise, yapdan operasyona sedimentasyon ad1 verilir. Sedimentasyon konusunda Dorr koyula§tmcisi (klSlm 7-13) en go~ kullamlan cihaz1 te~kil eder.
14-18. Baslt srmflandiruJllar. Bunlarm en eskisi spitzkasten olup, uglan a§aj!Iya doj!ru alan bir seri piramid §ekilli kutulardan meydana gelmi§tir. En kligliiili besleme ucunda olmak lizere, bir maya chzilmi§lerdir. En ufak ku-
bOyG k
par,:~1kla~
Sekil 14-12. Cift konili stmflandmct: A, i~ koni; B, hidrolik. su giri~i; C, karJ$nta arah~t; . D, bo$altma savaib; E, biiyiik tanecikler i~in tbplanma odactAI; F, el ~rh.
Ufak tanecikler su alarm tarafmdan siirliklenir ve list lasrmdaki savag1 D a§arak bo~altma oluguna gegerler. Bliyiik taneciklerise, E odaciiitna dli§erler ve buradan zaman zaman alrmrlar. Ay1rmamn dereces~ hem B lasmmdan gelen
737 736 suyun miktarim ve hem de el garla F yard1m1 ile, ig koni yiiksekligini diizenleyerek, tayin edilir.
14-20. Meltanik slillfiandmcllar. Spitzkasten ve konilerin kapasiteleri oldukga s1mrhdu ve az bir iiretim igin, geni§ bir yere ihtiyag giisterirler. Biiyiik kapasitede iiretimler gene! olarak, Dorr simflandmCilan gibi, c~haz~ar .kullamhr. $ekil 14-13 bu cihaZI giistermekiedir. Cihaz egik tabanh b1r d1kdortgen tanktan ibarettir. Herbiri kiireklerle A donatilmi§ iki tarak k1sm1 vardu ve bm-.lar, gapraz mafsal yataklen (C, ve C,) igerisinde bulunan kilavuzlar iiz~rinde ha~eket eder. Bunlar ~apraz mafsallara (§ekil 14..3 de giisterilmi§tir) B bir plaka 1le as~~~§ lardu. c;hazm alt ucunda da benzer bir dayanak vard1r. As'' plakalari gorunmemekle beraber, gapraz mafsal yataklan (C, ve C,) giiriilmektedir. CihaZin iizerinde yeralan ve bir boydan bir boya uzanan diindiirme mili D, uglarmdan yataklara yerle§tirilmi§ E ve E, borulanna dayanmakta olup, smirlanmi§ bir
Sekil 14-13 de giisterilen durumda diindiinne mili,. c;apra7, mafsal yataklari C1 ve C3 alc;alacak ve baglama c;ubuklan taraklan saga dogrn hareket ettirmeye ba§layacak §ekilde, dondiiriiliir. c. ve C, gapraz mafsah' yiikseltilir ve krank §aftlari (§ekilde giisterilmemi§tir) sola dogru hareket eder. Biiylece sol taraklar maddeyi tank tabamnda sag ynkarrya dogrn kaZiyarak ta§Irlarken, sag taraklar berrak SIVI ile geri diinerler. Baglama gubuklarmm etkisi sonunda, diindiirme mili hareket ettirilir. Bu hareket, sol taraklar1 yiikseltir ve sag taraflan algaltu. Bu esnada krank §aftlarmm etkisi, durnmu tamamiyle degi§tirir. Diindiirme milinin uygnn bir §ekilde zaman ayar1 yapllarak, sivmm minimum kari§tmlmasi ile, taraklar yiikselip algalblu. Diindunne milinin sol ucunda ufak bir hidrolik silindir I yer almaktadu. Suuflandmcmm durdurnlmasr gerekirse I silindiri, destek gubugu E,, diindiinne mili, .;;apraz mafsallar ve taraklardan oln§an biitiin tak1m1 yiikseltmek i.;;in, harekete getirilebilir. Bu talam destek gubugu E iizerine oturtulmu§tnr. Bu yapilmayacak olursa, cihaZin durdurulmas1 halinde oldukga fazla miktarda kat! gokelmesi meydana gelir ve bu da, cihaZin tehar gali§tinlmasmr imkllns1z hale sokar. K, besl~me ak1m1 giri§i ve L ise list aklffi (s1V1) ve ufak tanecikler i.;;in bir savakbr. Taraklann hareketi sayesinde n'Jadde tehar tehar diindiiriiliir; biiylece, kaba tanecikler tarafmdan mekanik olarak siiriiklenen ufak taneciklerin, tam bir aynlmasrm yapmak miimkiin olur. Ya§ ogiibne yapan cihazlarla birlikte olduk~a fazla sayrda Dorr smrflandmCilan da kullani!maktadu. <;iinkii, iiriiniin biiyiikliigii geni§ smular i~inde degi§mektedir. Tane biiyiikliiklerindeki bu farkh\Ik, . besleme alaiDl debisi ve taraklarm hr:zh hareketi yard1m1 ile diizenlenebilir ve §ekilde giisterilene benzer birka~ cihaz, daha iyi bir ayrrma yapmak amac1 ile, u.;; uca baglanarak seri halinde c;ah§tmlabilir.
Seldl 14-13. Do~r smlflandtflCISI:· A, kaztyiCl kiirekler; B, askl pla'kast; cl J c.2' c3 J c4. ~ap raz mafsal ktlavuz yataklan; D, dOndlirme mili destek ~ubuk1an; F, krank $afh; G, ba~lama !;Ubuiu; H, baglama ~ubujpl givisi; J, hidrolik kaldtrnm silindiri; K, besleme ba81anttst (borusu); L, b?:;;altma savag1.
ark iQerisinde diinebilmektedir. <;apraz ~afsal yataklan, donme miline tutturulmu§ kollar tarafmdan ta§mmakta
Akins SlmflandmclSI olarak adlandr~lan buna benzer cihaz, ileri ve geri hareket eden taraklar yerine, yava§ hareket eden spiral bir konveyiir kullanll. Kase tipi 61mflandtnct olarak adlandllllan diger bir cihaz ise. esas olarak bir koyula§tmcrdan ibarettir ve kasenin alt alam1, mekanik bir smiflandmciyr besler.
14-21. Maddeleri taneelk bUyUklligtlne glire ayuan farkh metodlann nyguhmma ala.nlar1. Gene! olarak ilk akla gelen metod olan eleme, 2 veya 3 me§den daha kiigiik tanecik biiyiikliigiine sahip biiyiik miktarlardaki (mineral haZirlama gibi) maddelerin aynlmasmda kullanllmaz. Bununla beraber· kimya endiistrisinde gok daha hassas ayumalar uygulama alam bulur. '6rnegin yemek tuzu, gene! olarak 40 illl 60 me§lik eleklerden elenirler. Eleme operasyonu 100 me§in altmda .;;ok ender uygulamr. Fakat un ve karbon siyahr, 200 me§in altmdaki eleklerden elenir. Hidrolik smiflandmcllar ve hidrolik siklonlar daha
t. c;ataltq - Kimya Miihendisliline Girlt
F. 47
•• 738 739 ufak tanecik biiyiikliigiine sahip rnaddelerin aynlrnasmda faydah olrnakla beraber, elekler kadar hassas bir §ekilde ay1rma yapamazlar. En ufak tanecik biiyiikliigiine sahip rnaddeleriil aynlmas• i~in, pnornatik separatorler veya ~ok yiiksek h1zh santrifiijler kullamhr. Maddeleri tanecik biiyiikliigiine gore ay1ran ve Slmflayan cihazlarm se~iminde etkili olan pek ~ok faktor vardlr. Bunlar SlllUlandnmamn ya§ veya kuru olarak yapllmas1, maddenin fiziksel veya kimyasal a§mdmc1hk gostermesi, cihazl~rm kurnlma ve ~ah§!lrllma giderleridir.
Boliirn 2 de (kiSIJil 2-13) a~Iklandigi §ekilde, hareket halindeki bir kaliya aki§kanm gi:isterdigi diren~ (2-16) numarah e§itlikle verilrni§tir. 2
f._ = pu ¢' A g,
inc~'
.
""" !lU
~
H
§as::~:
I
;].(;lra
~r
\In If\
•
y
1"
-~AI:-
, ....
.., /1'1
Ill er I I . I
-.
2
'II
:
F = tiirn direnQ kuvvetleri
A •= aki~kanla temasda olan katmm alam u = ka!Iya siirtiinerek akan aki§kamn hiZI p = alo§kamn yogunlugn 1.1 = aki§kamn viskozitesi ¢' = ~ekli deneyle bulunabilen bir fonksiyon
l! ~ ~ l!Tyle~arasl,
.. -~-~:;.~ ~!!£!.!
..
i!ll!l !.
' 51
Akim yoniine dik bir dogrultuda kiirenin alam
an trt m I
~.qlnPiT
I
(14-1)
1 T Ill I
oldugu iQin,
n r
Aki§kamn lnz1 u, son degerine .u, ula~!Igi zaman, direnQ kuvvetleri F aj!Irhk kuvvetine e§it olma!Idir. Tanecigin haem~ tanecik Qapmm kiipii ile orant1h oldugu iQin,
II
'ltD'g
gene! ka.nunlan- serbest
.
F=--(p,-p) 6g,_
14-14. Maddeleri tanecik biiytiklii&iine gOre ayuan farkh metodlann kullamlma alanlan. (Kirk and Otllmer, «Eneylopedia of Chemical Tecllnology,11 vol. 12, lnterscience Publishers, Inc., New York.) (~okelmenln)
TCIJ'/4
II
I
Se~il
14-22. Durnlmanm
(2-16)
Yukandaki e§itlikte,
Konunun ozeti §ekil 14-14 de, yakla§Ik bir §ekilde verilmektedir '
(Dup) l1
(14-2)
Diren~ kuvvetini agirhk kuvvetine e§it kiiahm.
~kelme.
1tD g (p, _ 3
C:ap1 D, yogunluj!u p, olan kiiresel yaplh bir tanecigi gi:izoniine alabm. Hareketsiz olan bu tanecik yogunlugu p ve viskozitesi 1.1 olan durgun bir ala§kan i~e risinde ~okelmeye ba§lasm. Ak1§kan hacminin tanecik .hacmine orarua biiyiik olduj!u kabul olunuyor. Tanecigin cihaz duvarmdan veya diger bir ka!ldan uzak• hg1 en az 10 ila 20 tanecik ~ap1 kada'i, olmahdn. Bu ~artlara sahip ~okelme operasyonnna serbest t;okelme ad1 verilir. Tanecik kendi agnhgmm etkisi al!lnda . h,tzlanacak!lr. Tanecigin lnz1 art!lk~a, ala§kan daha biiyiik •iirtiinme dire!)ci gostermeye ba§lar. Zaman,la aki§kamn giistermi§ oldugu diren~ artarak dii§en tanecig;in a-gi:.-hgma e§it olur ve cismin lnzlanmas1 durur .. Bu · andan itibaren tanecik belirli ve sabit bir luzla dii§meye ba§lar. Son (terminal) 90kelme h1zs olarak adlandmlan 'bu h1ZI u, ile gi:isterelim.
6g,
p)
= 1tD 2 p u? if>' (Dup). 4g,
[.L
(14·3)
14-2~. Viskoz alnm dlrenci. Stokes kanunu. KISim 2-14 de aQiklan\Qligi §ekilde (2-16) numarah e~itligin, borularm iQerisinde akan aki§kanlara uygulanma51 halinde, akl§kan luz1 belirli bir kritik noktamn altmda (lllminer aki!ll) ise, '(Dupf!t) fonksiyonu a§aj!Idaki §ekli a!Ir.
rp' (Dup) [.L
=
Bl .
Dup
Yukaudahl e§itlikte B bir sabittir ve bu §artlar altmda
(14-4)
diren~, tiirbiilanslardan
i degil sadece ~iskoz siirtiinmeden ileri gelir. Bununla beraber bu kritik h1zm
•
740
741
a~Ilmas1 halinde tiirbiilanslar dogar, akt~kan direnci artar ve '(Dup/!J.) fonksiyonu basit olmaktan ~1kar. Kritik luzm ~ok iizerindeki htzlarda, viskozitenin etkisi azalmaya ba~lar ve diren~, hemen hemen tamamen akt~kan i~erisindeki girdaplardan ileri gelir ve '(Dup/p.) fonksiyonu sabit bir deger ahr.
(2-16) numarah e~itligin genel bir e~itlik olmas1 sebebi ile, aym ~eylerin
esnasmda da meydana gelebilecegi dii§iiniilebilir. Dig~r bir rleyimle dii§iik luzlar i~in diren~. viskoz aktmdan ve yiiksek luzlar i~in ise, girdaplardan ileri gelmektedir. Bunun dogru oldugu bulunmu§tur.
tar i~erisinde akan akt§kanlarm siirtiinme faktiiriiniin bir benzeridir. (14-1) ve (14-7) numarah e§itlikleri kar§tla§tlrdtgtmtz zaman, C = 2
rillr.
c=
~iikelme
Stokes, yukanda a~tklanan ~artlar altmda bulunan bir akt~kamn, i~erisin de hareket eden kiire ~eklindeki bir cisme kar§t giistermi§ oldugu diren~ ile ilgili bir bagmt1 kurmu§tur. Bu bagmu tiim direncin, sadece akt~kan i~ siirtiinmesinden ileri geldigini kabul edip, atalet etkilerini dikkate almaz. Bu bagmtl Iaminer aktm biilgesine uygulamr ve a§~gtdaki §ekilde yaztlabilir. ' (Dup) ~ 12~-t 1-t
Dup
(14-8)
Dup
Kiiresel yaptya sahip bir tanecigin siiriiklenme katsaytsmm, Reynolds say1s1 {0,01 illl 10' arahgmda) ile degi~imi §ekil 14-15* de gosterilmektedir. Stokes kanununun uygnlMdtgt alan (Reynolds saytst 0,1 den az) iQin ej!ri, (14-8) numa10.000
-
u_ 1000 ili
(14-5)
~
100
~
"l;j
.X
(14-5) numarah e~itligi (14-3) numarah e~itlige yerle§tirelim.
'ltD g (p,- p) = 'ltD pul 12~-t 6g, 4g, Du1p 3
24[.<
2
"' E
1('
._
1
~ :;;J
te rdh ed e
:;;J
Bu
e~itligi
u, ye giire
~iizelim.
(J)
(14-6)
F
'ICD2pu2C g,
= ~8:-=--..:.
(14-7)
Yukandaki e~itlikte yeralan C terimi siiriiklenme katsaytst1 admt ahr ve born1
01
1
10
100
,.
1000
4
10
1d'
1cf
J2yf_
Bu bagmttya Stokes kanunu ad1 verilir ve Reynolds saytSI 0,1 den kii~iik olan . aktmlar i~in geQerlidir.
14-24. Tiirblllansh ve gill}!§ bOigelerinde !)likelme. Kiiresel yaptya sahip tanecigin ·hareketi !&miner biilge iQerisipde olmadtgt zaman, '(Dup/!J.) fonksiyonunu basit bir ~ekilde ifade ettnek miimkiin degildir ve (14-1) numarah e§itlik a§ai!tdaki §ekilde yaztlrr.
Q1 001
Sekil 14--15. Kfu;eler ve tetrahedrler
i~in
sliriiklenme katsaytlari,
rah e~itligin R§agtdaki §ekilde yaztlabilmesi sebebi ile, egimi -1 olan diiz bir dogrudal). (log -log grafik kilg1dt iizerinde) ibarettir. log C ~log 24-log
(D;p)
Reynolds say1smm 0,1 il!l. 1.000 degerleri arasmda aknn, lilminer alom tipinden tam oln§mn§ tiirbiilansh aknn tipine diinii§iir. Fakat Reynolds saytsmm 0,1 olmast halinde degi§im, birdenbire meydana gelmez. Reynolds say1smm 1.000 iiA 200.000 arasmda oldugu bolgede siiriiklenme katsay1Sl tamamiyle sabit degil-
J.C. Hunsaker and B.G. Rightmire, •Engineering Aipplications of Fluid Me<:hanics.•
McGraw-Hill Book Company, Inc., New York (1947), bO!Um X.
*
Perry, sahife 1018, :$Ckil 112. Bu sahifedeki tablo 4, C-Re diyagrammm koordinat· lanm verir.
l
.. 743 742
dir. Fakat i)'i bir yakla~tmna ile 0,44 degeri kullamlabilir. 200.000 nin iizerinde siiriiklenme katst)'lSl birdenbire azalmaya ba§lar ve yakla~tk olarak 0,20 civannda sabit kahr. Gergekte birdenbire azalma, Reynolds saytsmm 100.000 ilil. 400.000 degerleri arasmda meydana gelir ·ve bu azalma, esas aklrndaki tiirbiilanslann onernine ve yiizeyin piirllzliiliigiine baghdu'. Siiriiklenrne katsay1Slnm azalrnast, kiirenin arkasmdaki tiirbiilansh akmtmm, bu alan igerisinde azalrna· rnasma baglamr.
14-25. K\ireden ba§ka geometrik §ekillerin, alnma kal'§l gosterdikleri dlren9. Kiireden ba~ka geornetrik §ekle sahip cisirnlerin akl§kanlar igerisindeki hareketleri esnasmda kar~ila§IDl~ olduklan direngler, pek gok kirnse tarafmdan incelenmi§tir'·'·'. Taneciklerin §ekil ve yerle§imlerinin Ptkilerini ara§tlrrnak igin farklt rnetodlar kullamlmt§tlr. Bunlarm. igerisinde en yaygm olam (14-3) nurnarah e§itlikle C = focp'(DU(J/V.) tammmt birle§tirrnek olup, bunun sonucu a§a· gtda verilrni§tir. u,
= [
4D.(p,- p)g 3Cp
1"''
(14·9)
Yukandaki e§itlikte D,, tanecikle aym hacrne sahip kiirenin gaptdu. Siiriiklen· me katsaytst C, Reynolds say1Slmn (D,up/!J.), taneciklerin kiireselliginin (tanecikle aym hacme sahip kiire yiizeyinin, tanecigin gergek yiizeyine oram olarak tammlanan) ve D,jD. oranmm bir fonksiyonudur. D., hareket yoniine dik bir dogrultucia, tanecigin kesit alam ile e§ yiizeye sahip bir dairen;n gaptdn. Birbirlermi dikagt ile kesen ve e§ uzunlukta eksenleri bulunan izometrik, tanecikler takdirinde siiriiklenme katsaytstmn, sadece Reynolds say1Slnm ve tanecik kiire• selliginin bir fonksiyonu oldugu goriiliir'. Kiireselligi 0,670 olan tetrahedrlere ait egri §ekil 14-15 de gosterilmektedir. Tanecikler izornetrik bir yap• goster. medikleri takdirde, lil.miner aktm igin6 siiriiklenme katsaytsl Reynolds saytS1ntn, kiireselligin ve D,jD. orantmn bir fonksiyonudur.
raber, endiistriyel operasyonlarm pekgogunda muntazam olmayan tanecikier yer almaktadtr. Kiireler igin meydana getirilen C ye kar§l Re diyagramlarmm, rnnn· tazam olmayan tanecikler igin de ( ± %20) iyi sonng verdigi belirtilmi§tir'. Levha, igne veya igi bo~ olan taneciklerin, Reynolds sa)'lsmm 50 den az olmaS1 halinde, iyi sonug vermedikleri- goriilmektedir. Boyle bir durumda kullamlacak tanecik gapt D, olrnaytp, elekler veya diger metodlar yardtmt ile bulunacak olan ortalama gapt1r. 50 den daha biiyiik Reynolds sa)'llan igin siiriiklenme katsay1Sl, kiirelere oranla tetrahedrlerde, daha gabnk diizle§ir. Bunnn bir sonucu olarak gokelrne luZI, aym gapa sahip kiiresel taneciklerin sahip oldukla•t htzm %40 ilil.. %60 1 kadardu. Bnnlar en iyi, fakat kaba bir yakla§tlrmadtr. Daha hassas bir gokelme debisinin hesaplanmast istenilecek olursa, ya taneciklerin
• '
• ' 4
B 15
A.M. Kuethe and J.D. Schetzer, «Foundations of Aerodynamics,ll John Wiley and Sons, Inc., New .York (1950), sahife 290-292. E.S. Pettyjohn an E.B. Christiansen, Chem. Eng. Progr., 44: 157-172 (1948). J.S. McNown and J. Malaika, Trans. Am. Geophys. Union, 33: 74·82 (1950). J.F. Heiss and J. Coull, Chem. Eng. Progr .. 48: 133-140 (1952). B.S. Pettyjohn and E.B. Christiansen, loc. cit. J.S. McNown aDd J. Malaika, foe. cit.
""
2
IV
I
100 6
... ··= ' ~ .2:c
E E
Ei
..c
e
2
~
•• '
I
2
i
'
·= ' '
'1.0
:o
(J.
i
'
0
~
'
"'"'
14-26. Muntaza.m olmayan taneciklerin hareketine kai'§Ikoyan diren9. Farkh geornetrik §ekillere sahip taneciklerin :yeraldtgt kompleks olaylar gozlenecek olursa, muntazam olrnayail taneciklerle ilgili bilgilerin smuh olu§una ve bu konularla pek fazla ugra§Ilmamt§ olmasma, §a§marnak gerekir. Bununla be1
~
6
I
"' Par<;:acik 9ap1 , m m. Sekil 14-16.
10
Galenin c;Okme e8risi.
§ekilleri ile ilgili daha fazla bilgi verilrnelidir veya gergek bir 9oktiirme denemesi yaptlmahdtr. Galen ve kuartz taneciklerinin terminal gokelme luzlarma ait deneysel sonuglar §eki\14,16 ve 14-17 de gosterilmektedir'. Kullamlan gap, tab1
'
C.E. Lapple op. cit., boltim. 13. R.H. Richards, Trans. Am. lnst. Mining Met. Ertgrs.. -38: 210-235 (1908).
744
745
1o 14-2 den elde olunan, aritmetik ortalama gapt1r. Bu, ya elek analizi (en kii-
(9.000) (1,00) D" (O,OlO) = 9 X 10' D' < 0,1
giik delik agikh~I 0,36 mm olan) veya tanecik biiyiiklii~iin mikroskobik ·incelenmesi ile bulunur.
:. D"
....•
D < 0,0048 em veya 0,048 mm
•
• • •
p
. ~~~
.~~ ,k,•,~,~
10
:.--
~
6 4
• •• •
< 0,111 X 10-6
..,;
')"
io-.::l'
I;
j...
~ r:-,'
:n
!->.
:~;
D. mm
7
,"",:.:.
Stokes kanunu, ~apt 0,048 mm den daha az ktirelere uygulamr ve (14-6a) numarah ~itlik, terminal ~Okelme h1ztnm hesaplanmasmda kullamlabilir. ut de8erinin bir log-log grafik ldi~t dmda D ye ka~t olarak yerle!1tirilmesi halinde (14-6a) numaralt C$itlik, elimi 2 olan diiz 1Jir do~ru verir. Bu sebeple, do~ruyu ~fzmek i!Jin iki noktaya ihtiyag vardtr. Bu noktalar 8.$BI;tda verilmi$tir.
!±ll::
mm/saniye 0,36 9,00
T amamiyle tiirbillansll alan biJlge i,in, 1.000 :s;; Re < 200.000, slirUklenme katsaytstrun 0,44 del!erinde ve sabit oldugu kabul olunur. (14-9) num;;!ah ~itlikten,
:n
2
ut
0,02 O,J:O
ll= [ '
"'• 8
(4) (2,65 -1,00) (981) D (3) (0,44) (1,00)
]o,s ·=100D·
01
'
(14-9a)
4
Q1
0.000
.
v
2
• ..,
2
•
i ...
Da p "11"=
iP 2
-,
D'·' >
10
D
Parcac1k COIPI, mm ~k11 14-17. Kuartztn !ifikeltne ejjrisi. (Omek 14-1 den hesaplaaan ejjri, diyagranun sol alt klsmtndaki en iist ejjridir.)
Ornek 14-1.
70,0 DO.S 0,0)
= 7 .OOO D•·• 2::: !.OOO
0,1428
2::: 0,274 em veya 2,74 mm
Re::::: 200.00() e- tekabUl eden D nin maksimum·de!eri, dfuliinUlebilen herhangi bir tanecik ~pmdan, ~k daha biiyUktiir. Bir log-log kaijuh iizerinde (14-9a) nnmaralt ~itlik, egimi 1/2 ohm dOz bir dogrunun ~itligidir. Bu dogru iizerinde yeralan iki nokta,
20°C stcakbktaki su i!rerisinde bulunan kuartz kiireciklerinin terminal ~
kelme h1Zm.t, 0,01 ill 10 mm smtrlan igin. tanecik yapmm bir fonksiyonu olarak yunz. Kuartzm yogunlugu 2,65 gr/cm• dilr.
hesapla~
D, mm
Ciiz;Um. Hesaplamamn cgs sistemine ait birimlerle yaptlmast daha uygundur. Bunun
=
bir sonucu olarak viskozitenin birimi puaz [I puaz I gr-kUtle/(cm) (saaiye)) ve g cmfsaniy& olmahdtr. Suyun 20"C stcakhktak.i viskozitesi 0,01 puazdtr.
= 981
· Stokes kanunun uygulandl§l lliminer aktm ifin, (14-6) numarah ~itlikten,
u ' -
D" (2,65- 1,0) (981) (18) (0,01)
9.000 D" i~in,
990 384
Reynolds sayiSlnm 0,1 i!A 1.000 degerleri arasmda, (14-9) numaralt ~itlik ~ajjtdaki ~ekli alrr.
= 46,5 (D/C)'·' Re = 500 i~in 1ekil 14-15 den, C = 0,55 u,
(14-6a)
u, nin yukandaki dejjerini
= 62,6
Do.G
ve
D = 0,185 em
ve
ut
Bu durumda Dup/11 dejjerinin 0,1 den az olmast gerektijji Reynolds say!Stndaki yerine koyalun.
ut? mm/saniye
20 3
. (14-9b) bulunur. Buna gore Dl.~
= 0?0798
u, = 27 cmjsaniye
746
747
Reynolds &ayismm di&er de&erleri i!;in, aynt yol1 izlenerek ut numarah tabloda g0sterilmi$tir. Tablo 14-3.
500 100 50 10
5 1 0,5
hesaplanmi$ ve 14-3
Re nin 0,5 ilci. 500 degerteri i!tin hesaplama Ozeti
Reynolds sayist
d~8erleri
I
I
Siiriiklemxie katsayiSl
<;;ap,
0,55 1,07 lf50 4,1 6,9 26,5 49,5
1,85 0,75 0,55 0,267 0,200 0,107 0,083
mm
I
Terminal h1z mm/saniye
birbirlerine bagh olniakstztn ~okelirler. Bn biiyiik bir ala~kan hacmi igerisinde dii~iik tanecik konsantrasyonu iQin dogrudur. Aynca Q1ikelmenin meydana geldigi cihazm, duvar ve taban etkisi giiziiniine altnmaz. Serbest Qokelmenin meydana geldigi alan, bzellikle muntazam bir §ekle sahip olmayan taneciklerin gokehne debileri gozoniine ahnacak olursa, bir miktar geni§letilebilir. Geni§ olan bu kavramt Taggart', a~agtdaki ~ekilde ifade eder: Serbest !;Okelme,
270 123 89 38 25 9,4 6,3
Omek 14-1 de hesaplama ile bulunan degerler kullamlarak ~ekil 14-17 meydana getirilir. Hesaplama ve deneyle bulunan e§:rileri ka~tl~tlracak olursak, ktireler ve muntazam olmayan $Ckiller arasmdaki eski ba&mttlarm, 6lduks;a iyi sonu!tlar verdigi gOriiliir.
Omek 14-1 de a~tklandtgt iizere, !!\miner aktm i~in ge~erli (14-6) numarah e~itlik terminal htzm, tanecik ~apmm karesi ile orantJh oldugunu gostermektedir. Buna bcnzer ~ekilde (14-9) numarah e~itlik, tiirbiilansh akm bolgesi i~in terminal luzm, tanecik ~apmm kare kokii ile orantth oldugunu giistermektedir. Akt~kan aktmi konusunda oldugu ~ekilde, kritik htzm iizerindeki luzlar endiistriyel baktmdan, kritik htztn altindaki ve viskoz ·alandaki lnzlardan daha fazla onemlidir. Gene! olarak viskoz alanda ~iikelme htzt, o kadar az ve tanecikler o kadar ufakttr ki, bu ·~artlar altmda tanecikleri biiyiikliik!Brine gore aytrn\ak miimkiin degildir. Bununla beraber sedimentasyon veya ~okelme ile ufak tanecikleri stvtlardan aytrma operasyonunda, gene! olarak kritik htzm altmdaki Qokelme htzlan kullamhr. (14-6) numarah e~itlikten ziyade (14-9) numarah e§itlikle aQtklanan hidrolik stmflandtrma opera~yonlarmrn pekQogu, girdaplarm meydana getirdigi art.in · direnQ altmda meydana gelen Qiikelmeden faydalandtklan iQin, giikelme htzlan pratik alanda kullamlabilecek kadar yiiksektir. Bir aytrma operasyonunda aym maddenin farkh biiyiikliikteki tanecikleri, iki veya daha fazla maddenin aym biiyiikliikte fakat farkh ozgiil agtrhklardaki tanecikleri veya farkh maddelerin farkh biiyiikliikteki tanecikleri ile kar~1la~thr. Siiriiklenme katsaylSlmn tanecik §ekline bagh kalmas1 sehebi ile, taneCiklerin ~ekilleri biiyiik oneme sahiptir.
14-27. Serbest l)Okelme ile taneciklerin, biiyiikliiklerine gore aynlmasi. KISim 14-22 de aQtklandtgt gibi serbest ~okelme eshasmda tanecikler,
~rOkelme kabmt~ belirli ve yatay bir kesit alanmda herhangi bir anda
pek~ok saytda tanecik oldu~unu ve bunlann, birbirleriDe !;Ok yakm bulunmalan sebebi ile, bir dereceye kadar birbirlerinin !;Okelmelerini etkilediklerini kabul etmektedir. Halbuki ge~ekte !;arpt:,malann say1s1 pek azdtr.
Serbest Qokeilltenin geni§letilmi~ bu tammt, bn lastmda kullamlacaktJr. Serbest Qokelme ile yaptJ.acak en basit aytrma, aym maddenin ~ekilleri aym olan taneciklerini, tanecik biiyiikliikleririe gore aytrma ~eklindedir. BOyle bir durumda p, ve p sabit olup; C, sadece Reynolds sayiSlnm bir fonksiyonndur. Operasyon ·Jllminer alam biilgesi igerisiride meydana gelecek olursa, (14-6) nu. marah e~itlik a~agtdaki ~ekli a!tr.
(14-10) Operasyon tiirbiilansh alam biilgesi iQerisinde meydana gel~cek olursa, bu bolgede siiriik!enme _katsaytSI esasen sabit oJdugu igin, (14-9) num.1rah e§itlik a§agtdaki ~ekli altr. Ut
=
K,Do.s
(14-11) Operasyon geQi~ alam i~erisinde meydana gehnekte ise (14-9) num,rah ~itlik a§agtdaki ~ekli ahr.
u, = K,(D/C) 0·' (14-12) Tanecik biiyiikliigiiniin bilinmesi halinde K,, K, sabitleri ve K,/C'~ oram, 0 tanecik biiyiikliigii i~in htsaplanabilir veya deneyle bulunabilir. tlk iki hal iQin bu, yeterli bir bilgidir ve biiyiikliikleri farkh diger taneciklerin luzlart hesaplanabilir, (Jgiincii hal iQin siiriiklenme katsaytsmtn Reynolds saytsi ile degi~inti n~ de~i~intin taneCiklerin ~ekline bagh ohnast sebebi ile, hesaplanmayt gerekli lalmaktarur. 1ki tanecik biiyiikliigii arastnda bir aytrma yapabilmek, bn biiyiikliikler iQin gerekli terminal Qokelme luzlan arasmda, bir ala~kan luzmm segilmesi ile miimkiin olnr.
. 14-28. Yoiunluk farklarmdan :faydaJanarak maddelerin aynlma&. 1kt farkh maddenin aytll biiyiikliige sahip tanecikleri birarada bulunnr ve bu 1
A.F. Taggart, «Elements of Ore Dressing,:. John Wiley and Sons Inc New York (1950) sahife 82. ' ·•
taneciklerin ~ekilleri arasmda biiyiik bir fark olmazsa, (14-9) numarah e§itlik maddelerin herbiri i~in a§a~tdaki §ekilde yaztlabilir.
- [4D'(p,.- p)]o,s
u,. -. u,, =
· Bu e§itlikleri taraf tarafa bolelim.
~'''-
=
3C.p
.
4D (p,, - P)lo.s [
3C,p
[(p,.- p) c,1o,s c. (p,,- p)
Ufb
fki farkh madd<·' e ait taneciklerir: harelj:eti, siiriiklenme katsaylSlntn sabit aldu~u alan i~erbm<· rlii~mekte ise. yukandaki e§itlik §U §ekli ahr. ()'!!, _ Ut&
(p,. _P_)o.s
(14-13)
~apt ba~mllsmm §ematik bir~gosterili~idir. a maddesinin daha biiyiik ozgiil a~tr h!la sahip aldullu kabul alunuyar. Tanecik biiyiikliiklerinin smm MN ile giisterilen, a ve b maddelerinin bir kart§Itnlm giizoniine alahm. Yukandaki ~ekilden de goriildiill\i gibi, a mn en yava§ (dalaylSl ile en ufak) tanecikleri, b nin en h1zh (dalayist ile en biiyiik) taneciklerinden daha h1zhdtr. Bu sebeple a maddesine ait biitiin tanecikler b maddesine ait biitiin taneciklerJen dalm h1zh ~okelmektedir. Bu §artlar altmda, a ve b maddelerinin birbirlerinden aynlmalan miimkiindiir. Diller taraftan t!mecik biiyiikliiklerinin smm RS ile gosterilen a ve b maddelerinin ba§ka bir kart§Immt goz6niine alahm. Bu durumda en kii<;iik htza sahip a taneci!li (<;apt R), en biiyiik lnza 'oahip b taneci~inden (<;api S) alduk~a az bir luza sahiptir. Biiyiikliik smm RS' ile gosterilen her a taneci~i, biiyiikliik smm R' S lie gosterilen ve daha biiyiik alan her b taneci!li ile aym htza sa:hiptir. Bu durumda ayuma ii<; fraksiyan verir; birincisi, tamamiyle b taneciklerinden ab§an ve taneciklerin biiyiikliik Sinm RR' ile gosterilen; ikincisi, tamamiyle a tanecikle.rinden alu§an ve taneciklerin smm S'S ile gosterilen; ii<;iinciisii ise, a ve b taneciklerinin kart§Imnidan aln§an fraksiyandur. Bu fraksiyanlla a taneciklerinin smm RS' ve b taneciklerinin smm R'S ile gosterilir.
P"b- p
Buna gore taneciklere ait terminal luzlar, mad~~ !.~~unluklan ile ayumayr yapan akt~kan ya~unlu~u arasmdaki farkm kare kaku tie arantilidtr · . Elimizde iki farkh madde bulunsun ve bunlarm herbiri de: fa.r~t biiyii~ liiklerdeki taneciklerden meydana gelmi§ alsun. Hafif maddenm m tanelen, a~tr maddenin ,ufak taneleri ile aym ~okelme luzma sahip alabil~ler. Bu bus~ ~ekil 14-18 de grafik alarak gosterilmektedir. Bu, maddelere a1t h1z- taneCik
14-29. E§lt !;llkelme hiZlan. Tamamiyle tiirbiilansh alan bolgede, e§it <;okelme luzlarma sahip tanecik biiyiikliikleri arasmdaki ba~mti, (14·9} numarah e§itligi bir kere a tanecikleri ve -bir kere de b tanecikleri i<;in yaZip, u,. yt u,. ye e§it lalarak elde alunabilir. Ut =
[4D.(p,;-p)g]0,5= [4D,(p,,-p)g1"" 3C.p 3C,p D. D,
p,,-p =
p,.-p
(14-14)
(14-14) numarah e§itlik R, S ve iki maddenin yo!lunluklarmdan faydalanarak R' ve S' niin hesaplanmasmda kullamlabilir. E§it debide <;okelen a ve b taneciklerine ait <;aplar aram sabit alup, sadece maddelerin ve aytrmayr yapan ala§kanm yog$Iuklarma ·baghdtr. Bu sebeple S nin S' ne arant, R' niin R ye niin R" ye aram gibidir: veya
s:
S
M
N
Cap $ekil 14-18.
c;okelme debisi farkmdan faydalanarak ik.i maddenin aynlmast.
Ornek 14-2. OzgU! a~1rhklan arasmdaki farkdan faydalanarak galen taaeciklerinin kuartz taneciklerinden aynlmast istenilmektedir. Serbest- s:3kelme ~artlan altmda bir hidrolik smdlandmct kullamlmaktadtr. Aytrma 20°C stcakhktaki su ile yapllmakta
• 750 ~Ozfun. Kuartz ve galen taneciklerine ait siiriiklenme katsaytlanmn, kiireciklere ait siiriiklenme katsayllart ile aynt olduitu kabul olunabili'r. Sekil 14-17 de kuartz i9in verilmi~ olan diyagramdan gOriileceiti gibi, Reynolds saylSlmn 0,1 den az olmast haliQde, bu kabul iyi bir yakla~Imdtr. Omek 14-1 de gOsterildili gibi, 20°C stcakhktaki su i9erisinde kuartz ta· neciklerinin 90kelmeleri esnasmda, taneciklerin 9aplan 0,0048 em den az olduAu ·zaman, terminal hJ.Za tekabiii ,eden Reynolds saytsmm de&eri 0,1 den azdtr. Bunun bir sonucu olarak biitiin kuartz taneciklerine Stokes kanunu uygulanabilir.
rah
Benzer $Ckilde, galen i9in Stokes kanunun e~itlik.ten hesaplru.ur.
u,
=
uygulanabildi~i
751 Onceki kiS!mlarda yapdan a~ddamalarm pek 90gu ala~kan olarak bir ~;Vl)"l alm1~ olmakla beraber, prensipler her ala~kan iQin ge9erlidir. Bunun bir sonucu olarak, operasyon §artlan altmda havaya ait yognnluk ,.e Yiskozite degerlerinin hilinmesi halinde, aym e§itlik ve hesaplamalar kullamlabilir.
maksimum 9ap, (14-6) numa-
JY2 (7,5 -1,00) (981) (18) (0,01) = 35.400 JY2
Re < 0,1 igin
Du1p (1,00) (35.400) D; _ 5 --= -3,4X ~ (0,01)
I X 10-1 3,54 X 10•
------------------
IO' D' < O I -, -
I I
I
Galenin en bliyiik taneciklcri 0,00250 em olduAu i9in, galen taneciklerinin tiimii lftmi· ner bOlge i!;erisinde c;Okeleceklerdir. Bunun bir sonucu olarak, yukanda ac;J.klanan i~l~mler tekrarlamr fakat, (14-6) numarah ~itlik kullamhr.
0,0005.2.
I
I
0,00103 0,0Qi2.6
<\"'l>O!
Cap, Cm $ekil 14-19. Ornek 14-2 nin sonu>lan.
(14-15)
fraksiyondaki en bUyfik galen. teneciklerinin c;apt
=: 0,00128 em
Kan11k fraksiyondaki en kli>Uk kuartz tanecik1erinin !
Tanecik bUyUk!Uklerinin alant 1ekil 14-19 da g&terilmektedir. llk fraksiyon, taneeik >•P" Ian 0,00126 ill 0,00250 em arasmda olan galen ta.necikleri; ikinci fraksiyon tanecik c;aplar1
14-30. Engellenmill (geciktlrilmi§) !)iikelme. Ciikelme slV1ya oranla katJ konsantrasyonunun ytiksek oldugu bir ortam iQerisinde meydana gelmekte ise, taneciklerin birbirlerine Qok yakm bulunmalan sebebi ile, devamh tanecik Qarp1~malarJ meydana gelir ve taneciklerin relatif Qiikelmeleri esnasmda hafif tanecikler ag1r tanecikler. tarafmdan tekrar telqar birbirlerinden uzakla;,;;aya zorlamr. Meydana gelen bu olaya engellenmi§ (geciktirilmig) f}dkelme adt verilir'. Daha iince ttiretilmi§ olan e§itlikler bu hal iQin uygulanamazlar. En azmdan bir k1s1m degi§meler yaptlmast gerekir. Ciinkti tahmin olunan degerler giizlemle bulunanlardan daha ytiksektir: Engellenmi§ Qiikelme esnasmda kar~ 1 la~Jlan dti~tik Qiikelme hlzlal"!, QO~ say:tdaki etkilerin bir sonucu olabilir. SIVt iQerisindeki katJ konsantrasyonunun ytiksek olmas1 sebebi ile,. katJ tanedk ha-
0,00103 il& 0,00250 em· arasmda olan kuartz tanecikleri ile tanecik >•plan 0,0052 iln 0,00126
em arasmda olan galen taneciklerinin k:an~tmt; lic;UncU fi~ksiyon, tanecik · ili'i. (),00103 em arasmda olan kuartz taneciklerinden olu~mu!jtur.
I
I
I
_,___ t~-=~~'~'=';:~1~;;~-:~4:~~~~~--------------------~11 --
18~
D,
I
I I
-----,
Dl (P,b- P)g
2.65 -1,0)0,5 , 10
I I
I
I
D <0,0304 mm
D.= (0,00250) ( , 1 50
I
I
--t----------1
D < 3,04 X 10--> em veya 0,00304 em
Kan~;tk
I
I I
= 28,2 X IQ-•
3,54
I
I
100 X 10-•
~plan 0,00052
1
AF. Taggart, op. cit, sahife 135.
753
rcketinin z1t yonlinde, onemli miktarda SIVI yer degi§tirmesi ve akl§kan i~in var olan ger~ek kesit alamnda ise, bir smulama meydana gelebilir. Bu sebeplerle, kat• taneciklerine kar§I akt§kamn gostermi§ oldugu direnQ artar. Buna illlveten i~erisinde, suspansiyon halindeki kah taneciklerin hareket ettil!i ala§kan, art1k sadece stvi olarak dli§iintilemez; Qiinkti, SIVI ve suspansiyon halindeki tanecik• lerden ibarettir. Bu kart§lmm· hem' viskozitesi ve hem de yogunlugu, saf s•v•ya ait viskozite ve yogunluktan farkhdu. Kan§Imm viskozite ve yogunlugu, sus~ pansiyon i~erisiadeki kat! tanecikleri konsantrasyonunun bir fonksiyonudur. Pek c;ok durumda engellenmi§ ~okelme, viskoz alama tekabtil eden bolge i~e risinde meydana geldigi iQin, a~Iklamalanm•z sadece boyle bir durumu kapsar. Farkh ampirik metodlar teklif edilmi§ olup; bunlarm ~ol!u, muntazam btiytikltikteki ktiresel taneciklere ait bilgileri esas ahrlar'"·'. Cok yaygm olan metodlardan biri, a§ag•daki tipte bir bagmtlnm knllamhnasmdan ibarettir.
u = u10$(e)
(14-16)
Omek 14-3. Cam klireciklerin 20°C s1Cak.hktaki su i!;erisinde suspansiyon haline getibir kan~tm i~in (engellenmi!,l !rOkelme). !rOkelme htztn1 hesaplaymtz. Suspansi~ yon, suspansiyonun 1.140 cm3 Unde 1.206 gr cam kUrecik ihtiva etmektedir. Kiireciklerin fo~ tomikroAraf ile Ol!;lilen ortalama ~aplan 0,0155 em ve kUreciklerin ger!;ek yo8unluAu 2.470 rilmi~ oldu~
ksr/m3 (2,47 ,grfcm'>) dUr.*
COzUm. 20°C stcakbk.taki su· i!rerisinde tek bir cam kiirenin terminal ~Okelme htzt (14-6) numarah e,itlikten besaplantr. D
= 0,0155
em
= 0,000155
m
p = 1 gr/cm3 = 1.000 ksr/m' g = 9,81 mfsaniy& p. = 0,01 puaz = 0,001 ksr/(m) (saniye)
"to =
D2 (P,- p) g 181-'
(0,000155)'1(2.470- 1.000) (9,81) ) (0,00 1) 08
Suspansiyon- i!;erisindeki bo$luklann (araltklann) hacim fraksiyonu e;. a!ja&tdaki saplanabilir.
Yukandaki e§itlikte, Klireciklerin hacmi =
u = suspansiyonun Qokehne hlZl
u,.=
(14-17) numarah
~itligi
e = suspan•iyonun hacmi - kat1 taneciklerin hacmi suspansiyonun haem!
tjJ
~~6 =
~ekilde
he-
48.8 em'
488) • - ( ·1-- -0571 1.140 - '
susparuiyonla aym temperattirde bnlunan ve QOk btiytik miktardaki ala§kan iQerisinde yeralau, tek bir tanecigin terminal c;iikelme lnz1
kullanahm
e = suspansiyon iQerisindeki. bo§lnklann (arallldarm) hacim fouksiyonu
19,2 X 10-3 m/saniye
(14-16) numarah
1 82 0 429 10- • < • >=
g:~~~
6
= o,054
e~iUikten
u '= (19,2
= bo§luklarm (araltklarm) hacim fraksiyonunun fonksiyonu
:= 0,571 2 x
X 10-3) (0,054)·= 1,03
xto-•
mfsaniye = 1,03 mm/simiye
Bu hJZa tekabUI eden Reynolds saytst
Farkl1 ara§tmcllar tarafmdan farkl1 tjJ degerleri teklif olunmu§tur. Steinour', muntazam ktireler iQin elde olunan bilgilere dayanarak, iyi bir §ekilde dispersiyona ugratlhnl§ tanecilder (yumaklanmayan) iQin a§agtdaki e§itligt teklif etlni§tir.
$(e):.. •2 X
to-•·82(•-•>
(14-17)
Bu e§itlik, e nin 0,5 illl 0,95 ve suspansiyon ic;erisindeki tanecik konsantrasyonunun 0,05 iHI 0,50 degerleri (kat! tanecilderin hacmijbirim suspansiyon hacmi) ic;in kullamhr. 1 H.H. Steinour, Ind. Eng. Chem., 36 : 618-624, 840-847, 901-907 (1944). m A.N. Gaudin, cPrinciples of Mineral Dressing.» McGraw-HW Book Company, 1nc., New York (1939), suhife 189·191. • E.W, Lewis and E.W. Bowerman. Chern. Eng. Progr., 48 : 603:609 (1952). • H.H. Steinour, /oc. cit.
Dap
I'=
(0,000155) (1,03 X 10-'>j (1.000) 1 x w-• = o,16
Bu, laminer bOlgeye yeteri kadar yaktndtr. Bu durum mm/saniye dir.
i~in
deneyle elde olunan deSer 1,17
Engellenmi§ Qiikelme bOlgesindeki giikelme Inzlan, muntazam ktirecilderden olu§an katllar igin, her ne k11dar yeterli derecede talnnin olunabihnekte ise de; tanecikler muntazam ohnad•g• ve taneciklerin btiytikltik smulan geni§ oldugu hallerde oldukc;a fazla gti~ltiklerle kar§lla§!hnaktadtr. Aynca ufak taneciklerin yumaklanmas1, yapllan iin i§lemlere ba~h olarak yumaklanma derecesinin degi§imi ve Qah§!l1a §artlan, openisyonu daha da kari§Ik .bir §ekle sokar. Boyle bir durum §U anda konumuzu te§kil etmeyecektir.
*
W.K. Lewis, E.R. Gilliland, and W.C. Bauer, Ind. Eng. Chem., 41: 1104-1117 (1949).
t. Catalta;; -
Kimya Mtihendislii;ine Giri~
F. 48
754
755
Engellenmi§ ~okelme h~inde, a ve b komponentlerinin taneciklerine ait ~ap oranlan, aym ~okelme lnzma sahip olup da serbest ~okelme yapan tanecikl(\rin [iQerisinde bulundu~u §artlar (14-15) numarah e§itlikle verilen] ~ap oramndan olduk~a biiyiiktiir. Bu husus (14-16) numarah e§itlikten kolayhkla goriilemez. Fakat (14-15) nnJ!Iarah. e§itlik yard1m1 ile kalitatif ohrak gori.ilebilir bir §ekil abr. Giinkii aki§kamn gergek yogunlugu, SIV!lllll yoi;\unlugundan daha biiyiiktiir . .Belirli p,. ve p,. degerleri, p,. > p,. hali igin p nin biiyiimesi ile birlikte (14-15) numarah e§itligin paydas1, paymdan daha gabuk kiiQiilecek ve D./D. oram biiyiiyecek ve dolaylSI ile ay1rma daha iyi bir sonuQ verecektir. · 14-31. Sedimen1asyon. Koyula§hncllarm (lavamla§tmcdarm) gah§masl· ile ilgili bir temel tahmin (her hal igin do~ru de~ildir), gokeltilecek maddenin kiimelerden (gok ufak taneciklerden oln§an topluluklar) meydana gelmi§ olmaslCllr. Bunlarm biiyiikliikleri ve §ekilleri yeteri kaci.ar muntazam olup, engellenmi§ gokelmenin ba§langw devrelerinde, muntazam bir gokehne hiziua sahiptirler. <;okelme olay1m, ca1a silindirler igerisinde yap1lan gokehne denemeleri ile en iyi bir §ekilde aQiklamak miimkiindiir1• Sekil 14-20, boyle bir denemenin farkh devrelerini gostermektedir.
~okehni§
taneciklerdei;J olu§an ve SIIa§hrdma durumunda olan las1m D; iigiinciisii, D bo)gesi ·iizerinde yeralan ve lasmen lavamla§rm§ olan klSlm C dir. C ve D lasimlarl arasmdaki Slnrr, Qogu zaman belirsizdir ve s1k1§makta olan alt tabakadan kaQan suyun izlemi§ oldugu yolu gostermek amac1 ile, dii§ey kanallar kullamlarak belirli lahnml§hr. Bunun iizerindeki las1m B orijinal konsantrasyonundaki ince Qamurdur. Son las1m ise, tamamiyle berrak A su faZidrr. A ve B lasnnlar1 arasmdaki sm1r gene! olarak kesindir. Koyula§ma (kivamla§ma) ilerledikQe B ve C k1S1mlar1 zamanla ortaclan kalkar. D kism1 ise siki§ma sebebi ile darahr. $ekil14-20b deki duruma tekabiil eden konsantrasyon dag1bm1, §ekil 14-21 de 1 numarah egri ile gosterihnektedir'. <;amurun ilk yiiksekligi 111,76 em ve 90
0
J~ri
1
0
kritik nokta
.,c: c: ,.,c ., _...,
40
"0
B
30
..0
c::
20
·c: '0 c
10
::::
tii
c Sekil
14~20.
~amur;
Tipik
~Okelme
d
denemeleri; A, berrak
e
f
B, orijinal konsantrasyonunda ince C, ge!;i$ bOigesi; D, stkt$bnlma bOlgesinde koyu !rWlur; E, kaba kum.
0
0
'
1\ /9ri2
'--
I'-
-
--
100
CaC~
s1V1;
$ekil 14-21.
. -!:gri 3 1
......
~
200
~
I
I'300
konsantrasyonu 1
Konsantrasyon ile, gOkelme denemesindeki gamur derinli&i arastnda varolan ba-
itmt:J.. 1, 2, · ve 3 numarah e8riler birbirini izleyen zamanlara aittir.
$ekil 14-20a, muntazam bir §ekilde kan§tmlmi§ suspansiyonla (metalurji gah§malannda pulp diye adlandrrllrr) dolu bir cam silindiri gostermektedir. Sekii 14-20b de birka~ olay meydana gelmi§tir. Bunlardan birincisi, kaba ve ai;\rr taneciklerin silindirin dibine gokelmeleri ile meydana gelen las1m E; ikincisi, 1
Coe and Clevenger, Tmns. Am. lnst. Mining Met. Engrs., 45 : 356-384 (1947).
kat1 taneciklerin ilk konsantrasyonlan·da 45 grjlt dir. B bolgesinde muntazam bir konsantrasyon aQlkQa goriilmektedir. C ve D tabakalan heniiz iyi bir §ekilde te§ekJ...iil etmemi§lerdir. 2 numarah egri, konsantrasyonu yava§ yava§ artmakta 1
Coming11, Ind. Eng. Chem., 32: 663-667 (1940).
l I 757 756 (1) iistte berrak bir i'st alam ve (2) altta koyula§nn§ ve s!la§mi§ bir tabaka var-
olan B tabakasmm · bir lasmm1 gostermeye devam etmektedir. Bu durnm, yakla§Ik olarak §ekil 14-20d deki durnma uymaktadu. (14-21) numarah §eklin 3 numarah egrisi, §el.Jl 14-20e deki duruma uymakta ve ·~okelme e•nasmda D ta· bakasmm nasi! siki§tmldigim gostermektedir. Sekil 14-22 deki iist e~i, A ve B tabakalan arasmdaki; alt e~i ise; C ve D tabakalan arasmdaki simrm durn· munu gostermektedir. Bu iki egrinin birle§tikleri nokta, §Ckil 14-20e deki durnrna uymaktad~r. Bu §ekildeki bir deney, her ~okelme ve her konsantrasyon i~in
dir.
ust ak1m
besleme
L
Berro~
~4
bi:il
3
Cokelme bi:ilgesi .
12~
'
100 ~
5 75
Ost bast1nlma bot.
'-......
..............
X. :.:J
-"' 50 til "' :5
>
...........
IE::::::=;Tarama = isi =
........... I'-..
25 0
100
200
300
..........
Bastlnlma bi:ilgesi_
. ' 'loaner tarak Alt ak1m ~::; ~
1
Sekil 14~23. Sek.il 14-20 ile olan baE:mttyl gOsteren, devamh ~ah~an koyulru}tmct diyagramt [E.W. Comings, et. al., Ind. Eng. Chem., 46: 1165 (Ju11e, !954).]
400
500
Zaman, dakika
E
u
.X
0
;::; X.
Sekil 14-22. COkelmenin zamanla ilerleyi!,li. Ost ejri A ve B tabakalan arasmdaki smut; alt e~ri, D tabakasmm list sminm gOstermektedir (!iekil 14w20 ye bakmtz).
g) ::1
~ 25
ayn bir egri verecektir. Bu laboratuar deneylerinden elde olunan sonu~lar, devamh ~ah§an koyula§tirici projelerinin haz1rlam§ma temel te§kil ederler Devamh koyula§tmci!arm <;ah§masi esnasmda §artlar, bir ozellik hari~, hep ayrudrr, Devamsiz ~okelme operasyonlarmda §artlar ve tab11kalar zamanla degi§irler. Devamh ~okelmede kararh hal meydana gelecek olursa, devams1z ~okelmede goriilen tabakalarm benzerleri meydana gelir; yalmz bu tabakalann durumu. ve konsantrasyoulan sabit olup, zamanla degi§mez. Sekil 14·23, §ekil 14-20 deki tabakalarm bir koyula§tmci i~erlsinde nas1l diizenlenebilecegini gostermektedir'. Bu §eklin berrakla§tirma biilgesi, §ekil 14-20 nin berrak SIVI tabakasma ve diger bolgeler de aym §eklin diger tabakalarma tekabiil eder. Konsantrasyon bolgelerini gosteren §ekil 14-24 iin aQik~a ortaya koyduguna. gOre, 1 numarah l'gri ile belirlenen §artlar, §ekil 14-21 de gosterilen devams1z ~o-· kelme denemesine ait §artlara ~ok benzemektedir. <;:okelti kalsiyum karbonattan ibarettir. Olduk~a kolloidal bir yap1ya sahip alan maddeler (~omlek kili) tama· miyle farkh §artlar ortaya .koyar (egri 2). Bununla beraber her iki durumda da 1
2
E.W. Comings, C.E. Prniss, and C. DeBord, Ind. Eng. Chern., 46: 1164-1172 (1954).
c:
B 50
"' .!.:
iii
>·:;
7
~1
til
"'
V\
100
200 300
Egri 1
W12~--~--~~~~~~~
0
40
80
120
E§ri 2
Sekil 14-24. Devam.lt bir koyulru}tlrtcl igerisinde, konsantrasyon ile derinlik ~rasmdaki baAtntl. 1 numarah e~ri CaC03 ~Okeltisini; 2 numaralt e8ri kil gOkeltisini g0stermekt¢ir.
14-32. Devamstz !)iikelrne denemelerinin, devamh bir koynla§Url.ci projelendirilmesine uygulanmasi. Devamh bir koyula§hnCimn kapasitesi,
.., l 758
759
ba§langt~ta besleme aktmmda bulunan kat1 taneciklerinin, biitiin c;okelme bol-
Yukandaki e~itlikte
gelerinin meydana gelmesine imkdn verecek konsantrasyonda olmas1 ve bolgelere ait debilerin, besleme akum ile aym degerde bulunmalan hususu gozoniine ahnarak tayin edilir. Eger c;okelme ic;in aynlan alan yeterli dtgilse, kat1 tanecikler c;okelme bolgesinden berrakla§ma bO!gesine ta§arlar (Sekil 14-23 e bakmlz) ve bunun sonunda, katl taneciklerin bir ktsnu iist aktmla birlikte cihaz1 terkederler. Aynca bolgelerden hangisinin minimum kapasiteye saltip oldugu ba§langtc;ta bilinemez. Devamh koyula§tmcllarm proje c;izimlerinde teklif olunan, en eski ve aym zamanda, yaktn zamanlara kadar kullamlagelmekte olan metod, Coe ve Clevenger' tarafmdan bulunan metoddur. Belirlenen c;ah§ma §artlar1 (besleme aktmmdaki katl madde miktan, kat1 taneciklerin biiyiikliik dagillm smrrl!lfl ve siv1nm ozelliklerinin sabit tutulmas1 gibi). altmda c;okelme dtbisinin, sadece kat1 madde konsantrasyonunun (kan§Jmm birirn hacmindeki katl madde hacmi olarak) bir fonksiyouu oldugu hususu kabul olunmaktadrr. Aypca devamsJZ c;okelme denemelerinin, farkl1 konsantrasyoulardaki besleme kan§Jmlau ile tekrarlanmasi halinde, katmm esas karakteristiklerinin (buularc;lan biri yumaklanma derecesidir) degi§meyecegi hususu onceden kabul olunur. Bu kabul her zaman dogru olmayabilir".
v=
on
14-33. Kynch teorisi. Coe ve Clevenger in ortaya koymu§ olduklan metoddaki on kabullerden sadece ilk ikisinin kullamlmaSim gerekli ktlan yeni bir metod teklif olunmu§tur'. Bu, Kynch tarafmdan ortaya konulmu§ olan bir devams1z c;okelmenin matematik analizini esas al1r4 • Bu analiz c;o)<:elme debisini ve kapasiteyi s1mrlayan konsantrasyon bolgesini gosterir. Tek bir devamsJZ c;Okelme denemesi (belirli bir pulp ve temperatiir degeri ic;in) istenilen bilgileri vermeye yeter Katl taneciklerin muntazam· bir ba§langiQ konsantrasyonu ile ba§layan devams1z bir denemede, C bolgesindeki katl konsantrasyonu, B bolgesindeki ba§langu; konsantrasyonu ile D bO!gesindeki son· konsa.ntrasyon arasmda yer almahd1r. Birim alamn katl ayuma kapasitesi baZI ara konsantrasyonlar ic;in c;ok az ise, boyle bir konsantrasyon biilgesi geli§meye ba§lar. Giinkii bu bolgeye giren taneciklerin debisi, aym bi:ilgeyi terkeden taneciklerin debisinden daha azdtr. Boyle bir bolgeye ait yuka~1ya dogru ·yay:tlma debisinin sa· bit oldugu goste1·ilmi§ olup', kat1 madde konsantrasyonunun bir fonksiyonudur. dv v=cdc-v 1 2 3
4 1
H.S. Coe and G.H. Clevenger, loc. cit. E.J. Roberts, Mining Eng., 1 : 61 (1946). W.P. Talmadge and E.B. Fitch, Ind. Eng. Chern., 41 : 38-41 (1955). Trans. Faraday Soc., 48.: 161 (1952). Kyncb, Zoe. cit.
(14-18)
1\finirnum c;okelme debisi gosteren konsantrasyon bolgesinin ynkanya yayllma hlZl v = Minimum c;okelme debisi gosteren konsantrasyon bO!gesinde katlnm ~okelme h1ZI c = Katmm konsantrasyonu, pulpun (kat1 - SJVJ kart§Jml) birim hacmindeki katnun a~1rhg1 do~rn
Gokelme lnZinm, sadece kati madde konsantrasyonunun bir fonksyinu on kabuliinden, V = f(c), R§aitJdaki bagmtJ yazJlabiJir.
r/ = c/'(c)- /(c)
oldu~u
(14-19)
c,
ve z,, devams1z bir c;okelme deneyine ait pulpun. ba§lang>~taki konsantrasyon ve yiiksekligi olsunlar. Bu pulp ic;erisindeki katJ maddenin tiim ag•rhi1;1 c,Az,, olup; A, plllp kolonunun kesit alamdrr. SmulayJCI c;okelme debisine ait tabakamn, pulp ile berrak s1v1 aras;ndaki yiizeye, eri§mesi halini (§ekil 14-20e deki durum) gozBniine alahm. Bu tabaka kolon tabamndan ynkar1ya do~ru yayJ!dJi1;I ic;in, h•§langJgta pulp ic;erisinde bulunan kattmn tiimiiniin bu tabakadan gec;mesi gerekirr. Bu tabakanm konsantrasyonu CL ve tabakanm bolgeler aras1 yiizeye eri§me zamam 6L ise, (14-20)
yazllabilir. Hu e§itlikte v ve vL, kat1 madde konsantrasyonu cL olan bir taba· kaya ait c;okelme ve yayilma !nzlandu. 6L amnda bolgeler A.e§risi aras1 yiizeyin yiiksekli~i zL olbotgesi ile berrak s1v1
-s.
~&~~~1W temas yi.izeyiniri
sun. Buna gOre, ZL
flL=-
OL
{!4·21)
dir. Giinkii (14-19) numarah e§itlikten, c sabit ise -;; sabittir. (14-21) numarah e§itligi (14-20) e§itlikteki yerine koyup, basitle§tirelirn. (14-22) 1
e=e, a.mnda A,egrisine tanja.r.t
00~--~------
e. Zam;m
-~
$ekil 14-15. Devamstz !<(ikelme kelme htzlannm bulunmast.
Yukanda izlenilen tiir'etme, esasmda W.P. Talmadge ve E.B. Fitch in
vardrr.
e~risinden,
!<0-
!rah~malarmda
761
760 Gokelme htzmm degeri VL' e = 6L amnda (§ekil 14-25) A egrisine teget alan dogrunun egimidir. Teget alan bu dagru dii§ey ekseni z = z, naktasmda keser.
z,- zi. = Z1 ~ ZL
~aL
tang u. =
(14-23)
~- Yukanda verilen bilgilerden, c0 z0 = (45) (1.117) = 50.265 (Bu k1S1mda uzun1uk i(;in birbirlerine uygun olan birimlerin kullantlmasma ihtiya!; yoktur). (14-24) numarah e,itlikten, 50.265 c=--
(14-24)
Sekil)4-26 dim, 6 = 400 dakika o1du~u zaman z1 = 764,5 mm ve tegetin egimi 1,24 ~/da kika o1arak bulunur. Bunun bir sonucu o1arak c = 65,9 grf1t ve v = 1,24 mm/dakika drr.
OLvL
+ 0LfiL
bOlgesi i!tin,. zamamn bir fonksiyonu olarak Ol!;Ulm~tiir. Sonuglar ~ekil 14-26 da g0sterilmektedir.1 <;Okelm~ htzl- konsantrasyon eksenlerine sahip egriyi giziniz.
(14-22 )ve (14-23) numarah e§itlikleri birle§tirelim.
(14-24) numarah e§itligin actkladtgma gore z1 , kansantrasyanu cL alan ve kan-
§imm ba§langtc anmda oahip aldugu kadar, katt maddeye sahip bulunan · tabakanm yiiksekligidir. Yukandaki bagmtl kullamlarak ve tek bir cokelme deneyinden faydalamlarak cokelme htzl, kansantrasyonun bir fanksiyanu alarak geli§tirilebilir. <;:okehne zamammn e geli~igiizel seci!mi§ degerlerini kullanarak, bu degerlere ait cokehne egrisi tegetleri gizilir ve sanra, bu dagrularm egimleri ile dii§ey ekseni kesmi§ olduklart noktalarin degerleri okunur. Dii§ey eksen degerleri (14-24) numarah e§itlikte kullamlarak, kendilerine ait konsantrasyonlar hesaplamr. Bl\ dogrulara ait egimler ise, cokelme debilerini · verir.
Ornek 144. Litresinde 45 gr CaCO, ihtiva eden sulu bir ka1siyum karbonat c;amuru, 93Pl 6 em olan cam bir silindir i!ferisinde J;Okelmeye birakdmaktadtr..Berrak. stvt ile B bOlgesi arasmdaki smtr ~izgisinin yiiksekli~i. olduk~a sabit bir katl madde konsantrasyon i~
z,
Aynt metod uygulanarak bulunan diger dejterler a!la8;tda verilmi$tir.
2,4
~ ·.:.: 20
..
~16
E .
.
E 12 '
tl .c.
0, a
,..
c: 750 ·c: ·;;..
:~ ,.. 500 lll 250 E
~
\
e
0
mm
100
1.100,0
2,360
45,7
200
1.079,5
2,210
46,5
300
995,7
1,890
5o;s
400
764,5
1,240
65,9
40 60 80 100 120 140160
440
640,0
0,945
78,5
Suspansiyon konsantrasyonu gr. CaCCJ:3/Lt.
480
432,0
0,495
116,4
-
\
' ['..
$ekil 14-27. Omek 14-4
"'\
santrasyon baimtts1.
' ........
!'-..
.....
~
-
!-
.....
I'-
i~in ~okelme
biZI-kon-
~
14-34. Koyula~tmct a.lanmm hesa.plamnwll. Siirekli gal1§an bir ko· yula§ttncl takdirinde liizumlu alan, katl madde ~okeltme kapasitesi [kat! madde aglrhgl/(birim alan) (birim zaman) §eklinde belirli lalinan] minimum alan konsantrasyon tabakas1 yardrmt ·He hesaplanabilir. Besleme alarm konsantrasyonu c0 , alt alam konsantrasyonu c. alan ve iist alammda katt madde bulunmayan bir koyula§tmctya ait kiitle dengesi, besleme alamma ait debiyi F(hacim/birim zaman) esas ahr ve a§ai!idaki ~ekilde yazthr; Birim zamanda koyula$ltr!C!Ya giren kat1 madde hacmi = Fe,
Zaman, dakika Or'nek 14-4 ic;in devamsiZ c;okelme operasyonu ile i1gili bilgiler.
gr/litre
Yukandaki degerler kullam1arak ki1 14-27 meydana getiri!mi1tir.
100 200 300 400 500 $ekil 14-26.
c
dakika
1\
ffi u
z,
Egim= v mm/dakika
0.4
t250 ::::>
konsantrasyon ba~mtlst.
e "iii
E E j!1000 ['\.
Tab1o 14-4. ()mek 14-4 iin ~oziimii. CaCO;, \!amuru i~in ~Okelme blZt-
1
E.W.Comings, Ind. Eng. Chern., 32: 663-667 (1940).
763
762 Ost alomda kat! madde bulunmamasi ve L nin, birim zamanda alt alum hacmini gostermesi sebebiyle,
Fer,= Lc. L
=
Fco c.
(14-25)
SIVI i9in kurulacak bir kiitle dengesinden,
(14·26)
Yukandaki e~itlikte V, birim zamanda iist alom hacmidir. (14-25) numarab e§itliiii (14-26) nnmarah e§itlijie yerle§tirelim. -
&1(1-!c.)
=
Ca.
A
=alan, m"
B C
= bir sabit
c
= konsantrasyon,
D
D,. D, F
= bir sabit; siiriiklenme katsaytst birim hacimde ajultk olarak kls1m
=>•P
= ~de&er ~emberin ~pt = C!jde&er kiirenin ~apt
= kuvvet
f, f' = fonksiyonlar
F(1-c0 ) - L ( l - c.)= V
FJ(l - c0)
ADLANDIRMA
Fe;(..!.. - ..!..) = V c ca
g
= ivme
K
= bir sabit
~
"
=htz = hacim = katiDm gOkelme hw
z
= yiikseklik
V
(; = koyul~tmctda
bir bOlgenin yUkselme htZI
(14·27) Alt/iklar
0
a b
Koyula§hriCuim kesit alam A Ue gosterilecek olursa, (14·28) (14-26)'numarah e§itlikteki V/A terimi, koyula§hriCIIDD berralda§hrma oolgesinde, ~lVl yiikselme ruZim gosterir. Koyula§tmci kapasitesinde 9ah§tirildiiii zaman, ,e!de olunan en dii§iik 90kelme lMzi, bn .dejiere e§it veya · biiyiik olmahdtr. Aksi halde kati maddenin bir lasmt iist alamla birlikte cihaZI terkeder. Bunun bir sonucu olarak VfA teriminin yerini v alabUir. Aynca (14-28) nu• marah e§itlik, besleme alam1 kvnsantrasyonu ve kapasite tarafmdan tesbit olunan deoi yerine, kapasiteyi s1mrlayan tabaka konsantrasyonu Ue ifade olunabilir.
=a maddesi = b maddesi = fazlar aras1 yi.izey
= belirli
L u s
= alt alom
o
=
bir tabaka
= kah
madde ;:;;; terminal (son) htz sonsuz akt~kan miktanna ait
~artlar; b~langty
!jartlan
Yunan harfleri
e 6 l1
p
=
bo~luklann (araltklann) hacim fraksiyonu = zaman = viskozite yogunluk, alth~I olmazsa stvtnm yoguniu&u
=
, ' = bir fonksiyon ·
Fer,= LLCL LcL
.,
A= 1/cL- 1/c.
(14-29)
Gokelme htzi - konsantrasyon egrisini (§ekil 14-Z'l ye l;Jakm1z) Iaillanarak v ve cL dejierler1 bulunur. Bu dejierleri (14-29) numarah e§itlikteki yerlerine koyarak, birim alan tarafindan 9okeltUebilecek kat1 kapasitesini gosteren farkb LedA dejierleri hesaplanabilir. Bulunan dejierlerin en kii9iijiii, koyula§tlriCI alaniiDD hesaplanmasmda kullamlmahdir. , '
PROBLEMLER , 14-1. 1 atm basmy ve 38°C stcak:JJf:.ta bulunan hava iyerisi~de, 0,0089 em ~apa sahip kuartz klirelerin terminal sOkelme htztm hesaplaymtz. Aym terminal htza sahip sifalcrit (sphalerite, ZnS, Ozgiil a~trh&t = 4,00) kliresinin yapmt hesaplaytmz. 14-2. Taneciklerin kUre.~eklinde olduklanm kabul ederek1 20°C stcakhktak:i su iserisin~ de bulunan galen taneciklerinin tenD.inal ~Okelme htzlanm, taneci~ ~pmtn bir fonksiyonu olarak, hesapfaymlZ. Elde olunan sonu~lan ~ekil 14~16 da gOsteriten ~ekilde grafik olarak ortaya koyunuz ve ~ekil 14~16 daki deneysel de&erlerle kal1ltlru;ttrmtz.
14-3. Taneeiklerin kiib seklinde oldu&unu ve tlirblilansh bOlgede !rahslldt£;mt kabul ederek, 20°C steakhktaki su i!rerisinde galen taneciklerinin terminal !;Okelme htzlanm, ~deB;er ~apm D /l bir fonksiyonu olarak hesaplaymtZ., Bu bOlge igin siiriiklenme katsaytst asa&tdaki esitlikten hesaplanabilir. 1
c Yukandak.i esitlikte
t!J,
= 5,31-4,88
1)-
kiireselliktir (ktstni 14-25 e baktntz).
14-4. 0,0089 em ~apa sabip kuartz bir ktirenin, 20°C steakhktaki su i~erisinde terminal gOkelme htztnln o/o 99,9 una eri$mesi igin gerekli zamam hesaplaymtz. Bu zaman, 1 atm basmg ve 38°C steakhktaki hava igerisinde meydana geleeek ~Okelme zamanmdan az mtdtr yoksa gok mudur? 14-5. 74 mikrondan daha \iigi.ik taneeiklere sahip maddelerin tanecik bliyiiklliklerinin tesbiti bazan sedimentasyon meto{'\an ile yaptltr. Taneeik btiyi.ikltiB;ti, Stokes kanunu kullantlarak bulunur ve madde ile aynt terminal gOkelme htzma sahip, ktirenin gapt olarak belirtilir. Sekil 14-16 Yt kullanarak, ortalama gaplan 0,006 mm olan galen taneciklerinin ~de8er gaplannt bulunuz. 14-6. 20°C steakhktaki su h;erisinde aym terminal ~Okelme htzma sahip galen ve kuartz taneeiklerinin (klire seklinde) gaplan arasmdn.\i oram bulunuz. (a)
Bu islemi serbest
~Okelme
igin yapmtz.
(b) Bu islemi eng~llenrPb !rOkelme igin yapmtz. Suspansiyon i9erisindeki bosluklariD (arahklann) hacmi 0,5 e e~ittir. d~:;( "tlmts ktiresel bir taneeik Uzerine etki eden santriftij btzt arasmdaki bag1 · tt asa8:tdaki e~itlikte verilmi~tir.
14-7.. Bir aktskan igerisine kuvvet ve
akt~kamn
Yukandak.i esitlikte, F c = santrifiij kuvvet llr = akt~kamn te&etsef htzt r = taneci~in dOnme merkezinden uzaklt&t 20°C stcakhktaki su igerisinde bulunan ve· 10 mikrqn !rapa sahip olan kiire seklindeki bir kuartz taneei&i, 305 mm gapa. sa hip bir siklon seperatOriine 150 em/saniye lik bir te&etsel htzla gireeek olursa, bu taneeigin terminal ve aynt zamanda radyal htzt ne olur?
14-8. 30°C steakltktaki su igerisinde bulunan 5 mikron gapa sahip silis tanecikleri ile, stireksiz olan bir sedimantasyon deneyi yaptlmtsttr.* 1!;: gapt 4,5 em olan bir silindir kulla~ mlmts olup, ~amurun ba$1angtgtaki konsantrasyonu 0,125 gr silis/cm13 !ranlur dur. tiave bitgi asa&tda bir tablo halinde verilmi11tir. B.S. Pettyjohn and E.B. Christiansen, Chern. E11g. P,rogr,, 44: 157-172 (1948).
* C.B. Egolf and W.L McCabe, Trans. Am. lnst. ci~em, Engrs., 33: 620-640 (1937).
Zaman, dakika 0,0 10,8 16,8 26,4 43,1 65,8 89,5 100,0
Yiikseklik, em 34,0 25,5 20,0 15,0 10,0 1,5 6,4
6,1
Son ytikseklik = 5,53 em
14-9. A$38tdaki tablo, maden filizi gamuru ile yaptlmts tek bir siireksiz sedirnanstasyon d:neyinden elde olunmustur. Camur i~erisinde katt taneciklerin gergek yogunlugu 2,50 gr/em ve .. stvmm yo~unlu&u 1,00 grjem3 diir. Besleme aktm debisi 100 ton kattjgiin ve konsantrasyonu 64,5 grflt, alt aklm konsantrasyonu 485 gr/lt olan bip koyulastmet i!rin gerekli alanx hesaplaymtz. Konsantrasyon, gr katt madde It gamur 64,5 70,9 94,3 111,7 139,9 173,9 222,0 331,0
COkelme htzt em/saat 139,9 103,6 71,9 49,4 27,1 16,8 10,0
?.4
766
Jiigiitiiciiler kadar ufak parcalama yapmaytp maddeleri orta biiyiikliikte parQalara biilerler.
BoiUm 15
Kmr.a, ufaltma ve iigiitme yapan cihazlan a§a{ttdaki §ekilde bir stmflandnmaya tilbi tutmak miimkiinuiir. 1.
(a)
KIRMA VE OGOTME 15-1. Konuya g~. Kah maddeleri mekanik olarak pargalama operasyonunu tammlamak igin kullamlan gene! terimler, konuyu tam olarak agddamaktan uzaktu. K•rma ve olf,iitme terinderi, gene! olarak birlikte ki:tllandular ve katt maddelerin az veya gok par<;alanmast anlamtna gelirler. Fakat terimlerin hi~biri yalmz ba~ma, tamamiyle belirli bir anlama sahip degildir. Bununla beraber iigiitme, jarmaya oranla maddeleri daha ufak par<;alara ayuma anla· mmda kullamhr. Madencilikte ta~ kuma makinalarmm"pek yaygm bir §ekilde kullamlmasma ragmen, kattlarm mekanik olara~ pargalanmalan ile ilgili temel teori, koqulan tam olarak a~tkhga kavu~turmaktan uzaktu. Diger alanlarda oldugu gibi, teorideld eksiklikler ve deneysel giizlemlere giivenme, birbirlerinden farklt gok saytda cihaZin meydana gelmesine sebep olmu~tur. Yaptlan bir analiz sonncundan ziyade basit bir sc~im sonucu, bir lastm cihazlar sert ta~larm lanlmast konusunda, diger!erine iistiinliik kazanrnt§lardu. Bunun bir sonucu olarak son }'lllarda madencilik endiistrisi, iizel larma alanlan iQin bir lasnn cihazlan standartla§hrmt§tir. Kimya miihendisligini ilgilendiren alanlarda boyle bir stmflandtrma yok-. tur. Bunun bit sonucu olarak bu biiliimde larma ve iigiihne yapan cihaz ti].>leri tamtt!acak ve bunlarm agtklamalart yapdacakttr. Cihazlarm segimi ve laillamldtgt alanlann tesbiti, manttki bir kar§tla~tnma yaptlarak degil, sadece o endiistri kolundaki ah§kanhk ve geleneklere dayamlarak yapthnaktadtr.
15-2. Kmna ve ogtl.tme clhazlannm sJDlf1ancbrl,lmasL Gok ~e§itli cihaZin lmllamlmast sebebi ile, larma cihazlarmm tam bir stmflandmlmasmm yaptlmasl son detece giiQtiir. Cihaz gruplarmin belirli stmrlamalan~a ·~~~ olan sadece bir stmflama vardn ve bu da kaba kmcdar, ufaltictlar ve mce ogutiiciiler diye cihazlan esas olarak iig smtfa aymr. Kaba kmctlar, diger cihazlan besleyecek maddderi istenilen biiyiikliik smmna kadar parcalayabilen; ince ogiitiiciiler ise, maddeleri 200 me§lik bir elekten -gegebilecek kadar ufaltabilen cihazlon- olarak tammlantr!ar. Ufalttetlar ise ne kmcdar kadar biiyiik ve ne de .
.
Kmctlar
Cenel kmcllar (l) Blake kmctst (ii) Dodge kmctst
2.
Ufalttcllar (a) Silindirli (merdaneli) ufaltlctlar (b) Diskli ufaltJ.cilar (konkasorler) (c) Koseli ufalttcllar (d) DesintegratOrler (kafes tipi) (e) Ceki~li degirmenler
3.
OgUtiiciller (degirmenler) (a) SantrifUj degirmen (J) Raymond deiUrmeni (b) Tlllilt degirmen (c) Merdaneli dejprmenler (d) Kiireli (bilyah) de~irmenler ve boru de~irmenleri (e) Cok ince oglitme yapan de.!!irmenler .
Kmc1 olarak adlandmlan makinalar, gene! olarak 37,5 ilil 50 mm veya daha biiyiik gapa sahip maddelerle beslenirler. Bu stmfm en biiyiik makinalan 150 mm Qapa sahip kayalan larabilirler. Yukanda aQtklamast yap!lan lartctlardan daha biiyiik parQalan kmna yetenegine sahip cihazlar, ~ok iizel maksatlarla yap!lmakta olup, endiistride pek fazla knllamhna alanlan yoktur.'
15-3. 9«lnell lnnctlar. Farklt tipte iki geneli kmc1 vard1r, bunlar Blake ve Dodge lanCIIan adlanm ahrlar. Blake lanclSl gok kullantlan bir cihaz oldugu halde, Dodge lartctst gok az kullamlma alam bulmu§tur. Tipik bir Blake lartctst §ekil 15-1 de giisterilmektedir. Blake lanctst farkl1 amaglar!a knllantldtgt igin, her amaQ igin ayn bir projelendirilme §ekli vardtr. Sekil 15-1 de giisterilen lancmm en iyi projelendirilmi§ oldugu siiylenemez fakat, en Qok kar§I· la§tlan Blake lariCdarmm tipik bir iirnegidir. Kmct esas olarak gelik veya diikme demirden yapdrni§ dikdiirtgen §eklinde bir gergeveye A sahiptir. Bu gergevenin bir ucuna, dik veya yattk durumda olabilen, sabit gene b,aglamnt§tlr. Bu ~ene beyaz ·dokme demir (beyaz pik), manganh gelik veya a§mmaya dayamkb diger bir malzemeden yaptlabilir. Kmct genelerin yiizeyi, basmct oldukga kiigiik bir alana toplamak amact ile, gene! olarak oluklu yapt!mt§tlr. GerQevenin
769 smda ag1r bir ~aft ~ali~maktadir. Bu §aft bir ucunda D kasnak ve volruu ta~I Juaktad!r. Yataklarm dijler ~ifti E, iizerinde a~mma plakas1 H bulunan hareketli ''llWIJin G asi!digi bir §aft! F ta§Imaktachr. C yataklan arasmda yer alan §aft
Sekil 15·1. Blake kthctst: A, ~er~eve; B, sabit !;ene; C, mil yatai;t muharazast; ·n, kasnak ve volan; E, hareketli !rene yata~; F, ~aft; G, hareketli !rene; H, hareketli ~eneye ait W~Inma plakast; J, eksentrik kamt; K, bagtama kolu; L, sabit yatak; M, ma:fsal !;Ubuklan; N, ayar takozu; P, germe !rUbugu; Q, geri !rCk.me yayt; R, ayar somunu.
uzunlugunun biiyiik bir losmi, eksentrik kam1 1 i~erisine dogru ilerler ve iizerine bag!ama kolu K asllir. Bir tarafta, bu baglama kolunun tabruu ile G plakasi arasmda; diger tarafta baglama. kolu ile sabit yatak L arasmda, iki adet mafsal.~ubugu M bulunm:aktadir. Esas ~aft diindiigii .zaman, 1 kam1 baglama kolunun dii§ey dogrultuda sallll.runasmi saglar. Mafsal ~ubuklan, baglama kolU1'lun dii§ey dogrultudaki bu hareketini, hareketli Qene.nin ileri - geri hareketi §ekline .donii§tiiriir. ·sabit ve hareketli ~eneler arasmdaki uzakiigi diizenlemek amac1 ile, L ve N takozlarmdan olu§an, ayarlanabilir bir yatak kmCida yer alabilir. Bunun yarduw ile ·iiriin biiY.iikliigiinii ayarlamak miimkiin olur. Hareketli ~ene, germe ~ubugu P; yay Q ve ayar somunu R yard1m1 ile mafsa! ~ubugu yiiniinde ~ekilebilir. Bir kaza sonucu ~eki~ ba§I, civata v.s. gibi bir demir par~as1 lone: ~eneleri arasma dii§ecek olursa; a§!fl derecede zor\amalar meydana gelir. Fakat bu gibi tehlikeli durumlan ortadan kalduacak tedbirler almmi§tlr. Sekil 15-1 de giisterilen iizel yap! tipinde mafsal ~ubulilarmdan her. bir~ iki par~ah olarak yapdmt§ ve bu iki parga c1vatalar yard1m1 ile birbirlerine baglanmi~ttr. Bu ctvatalar loncmm en Zaytf noktastm te§kil eder ve bu, kasden boyle ya{nlmt§tlr. C:eneleri ~ah§amaz hale getirecek bir zorlamamn meydana gelmesi halinde, bu ctvatalar kayar ve hareketli ~enenin geri ~ekilerek, zararh maddenin ~eneler arasmdan kurtulmasmt saglarlar. Biiylece artza, iinceden kararla§tmlmt§ bir noktada meydana gelir. ·B~nun tamiri hem kolay ve hem de az zaman al.r; 'bu suretle, cihazm iinendlbir par~ast lordmaktan kurtuhnu~ olur. Hateketli cenenin maksimum a~t!nm alt kiS!mdadu. Ters vuru~ ile, lort!mt~ olan maddenin ~eneler arasmdan ~erbest~e dii§mesi saglamr. Boylece, iri par~ali m11ddeler etrafmda ince tan:'!i maddelerin toplanarak, tampon etkisi · yapmalari" iinlenmi§ ol.ur. Bu hu~1,1s, Blake kmciS! ile Dodge lonctst arasmdaki esas farlo te~kil eder.. · ~< Dodge lonctsmm yaptb~t Blake lortctstmn yapdt§ma oldukca benzer. Yalntz Dodge J>mmsmda hareketli ~ene alttan mafsallanmt§tlf. Ufak taneciklerin cihaz1 ttkama egilimi, Dodge lonctsmm kusurlu yiiniinii te~kil eder. 15-4. DOner konlk klnclla.r. Bu tip kmct!ar da ~ok farkli ama~larla kullamldtk!ari i~in, yapth§lan arasmda ~ldukca biiyiik farklar . giiriiliir. Seidl 15-2 de olduk~a tipik bir konik lortct giisterilmektedir. :')aft A, bir bur~ B ve bir kilit somunu C yarchrm ile, ·u~ kollu bir ba~hga ast!mt§tlr. B but cu, E burcu i~erisine stlo bir §ekil
Kimya MlihendisliAine Giri!
F. 49
--770
~ark K, ferrer di§lisi L ve kar§It mil M tarafmda.
.. . b' ·..n donme hareketi kazamr. Eksentrik yatagm di:inmesi oafl:!n ·It k a Ismma IT donme h k f d "il, b' ' " lanma hareketi verir Bu hareket s k 'k are e 1 eg Ir sal. onncu ·om kir b 1 " ·1 k arasmda meydana. gelen olay ayn Bl 'k k I rna a~ Igi I e ll'ICI ~!'neler burcur her d.. .. .. ' en a e Irici armdaki olaya benzer fakat ler. Saft A ve o::;~u~d~a::ed~~~=~len olay ~onik kirma ba§hgi etrafmda iler:
kmlacak madde arasmdaki ·siirtUn~:• ~:;:P:;:Ie:/ak~\konik kuma ba§hgi ile tUnmeye oranla· cole biiyiik oldug" . . ' f sen n . bur~ arasmdaki siiru I~m, §a t ya ~ok az di:iner veya hi9 di:inmez.
Sekil 15-2.
DOner konik kmct· A esas aft· B
trik 'bur!;; K, hareket dio:Jisi· L fenear v
,
..
ku~ b If~ .' , doner bu~; C, kilit somunu; D, ii!; kolin
b3.$hk; E, sabit bur!r; F, konik •
d~!l'I~~·MG, t.:;
lSI,
,
kmct ~eneler; H, besleme hunusi; I,_ eksenkar.:;thk mili.
Doner konik kmciiar ileri ve · h k h k . . ' gen are et1e ~ah§an makinalar ·olmayip ~nm~ eti Ile ~ah§an makinalar olduklan i9in, zorlanma daha munt ' gll9 tuketim1 daha kararh ve birim bo§altim alan! kapa 't . il . -:zam, rekete sahip geneli kmc!lardan daha biiyiiktiir Bu.. tu.. bSI esi,b erii vde gen had.. k 'k ki · n u se ep er en dolay1 ~nerk ·o;I ncii~r sert kayalann ilk kmlmalan i~in yayg1,n bir §ekilde kulla: m rna ta Ir. Ceneh kmCI!ar bugiin daha ~ok, ilk yatmm giderleri bii .. k .. ta§Iyan ufak kapasiteli i§ yerleri tarafmdan kullamlmaktadir. yu onem d..
":e.
771
15-5. Ufalticdar. Ufaltwi!ar smif1, belirsiz biiyiikliikte kaba par9alardan oln§an maddeleri knan veya 200 elek numarasmdan gegecek kadar ufak taneli iiriin veren cihazlar §eklinde bir tammlamaya sahip de~illeruir Bu s1mfi te§kil eden cihazlar kendi aralannda biiyiik farkhhk gi:isterir ve her biri, bir tip madde i9in kullamhr. Bu cihazlan be;leyecek maddelerin ve cihazlardan elde olunacak iiriinlerin biiyiikliik smulan gi:izi:iniine ahnarak cihaz se9imi yapihr. Bunlardan bir kisnu 38 illi 50 mm btiyiikliikte maddelerle beslenebildikleri halde, diger bir kismmm 40 ,ila 60 me§ biiyiikliikteki maddelerle beslenmeleri gerekmektedir. Yine bunlardan bir kismi 3 ilii 6 mm biiyiikliikte iiriin verdikleri halde, diger bir kismi yakla§Ik olarak 100 me§ biiyiikliikte iiriin verebilmektedirler. Bu Cihazlar yap1h 0lan yoniinden biiyiik farkhhk giisterir ve farkh tiplerin faydah veya sakmcah yi:inlerini belirtmek miimkiin degildir. 15-6. Sllindirli (merdaneli) ufalttcdar. Silindirli ufalticiiar, di:iner konik kmci!an izleyen standard cihazlar olarak kabul olunurlar. Maddenin cihazdan tek bir gegi~i biiyiik (:apta ufalanmaya sebep olmadrg1 i~in, cihazlarm biiyiik!Ukleri yi:iniinden biiyiik farklar vardir. Sekil 15-3 olduk9a !Ipik alan silindirli bir ufa!tiCiyl gi:istermektedir. Agn· bir diikiimden ibaret ·alan tabaka A, igerisinde §aftm C hareket ettigi sabit yataklan .f! ta§Ir ve ~afta, silindirlerden biri D baglanmi§lll'. Bu §aft aynca esas hareket kasnagmi E ta§Imaktadu. Taban diikiimiiniin diger ucu lorna tezgah1 yatagma oldukga ben?er ve bu k1smm iizerinde, hareketli silindiri D' ta~Iyan hareketli yataklar F yer almaktadu. Bu kls1mdaki yataklar, iizerinde kahn bir yay G, ayar somunu ve diger bir yatak l ·buhman baglan!I ~ubugu H yard1m1 ile tesbit olunurlar. Hare!cetli yatagm yay yarchmi ile yerinde tutulmasmdaki ama~, ·ufalanmasi istenilen maddeler arasma di:ikiintii demir pargalannm kan~masi halinde, silindirlerin birbirlerinden uzakla§malanm miimkiin kilmaktadir. Silindirler kamalar K yard1m1 ile normal yerlerinde tutulurlar. Kamalar, silindirler arasmdaki uzakhg1 ve aym zamanda iiriiniin tanecik biiyiikliigiinii diizenlerler. Yaylann G basmc1, hareketli silindiri kamalar yi:iniinde itip siki§tiracak biiyiikliiktedir. Bu sebeple, cihaz bir bo§altim ag1khgma sahip olur. Hareketli silindir kasnak M tarafmdan gah§tmhr, ·fakat esas giic cihaza E kasnag1 yolu ile veiilir. Hareketli silindir daha gok, ufalanan maddenin siirtiinmesi ile gah§tmhr. Silindirlerin yapih§lan kesitlerle ortaya konulmu§tur. Silindir gi:ivdesi esas olarak iki di:ikiimden olu§mu§tur. Bunlardan biri N, silindire s1ki bir §ekilde bastmlmakta ve digeri N' ise, silindirle birlikte hareket etmekte.dir Yiiksek karbonlu veya manganh bir 9elikten yapiimi§ silindir taban demiri P, her iki ucundan merkeze dogru yiikseltilmi§ bir §ekle sahiptir. Cekirdegin her iki kiSmmm, civatalan L ile birlikte harekete getirilmesi sonunda, silindir taban demiri iyi bir §ekilde siki§Ir.
773
772 kuvveti ve kirilacak madde ile silindir yiizeyleri arasmdaki siirtiinme kaisa)'lsma t~bidir. Bu kuvvet e ve f ile giisterilen iki knvvete ayrilabilir. OC dogrusu
0
Sekil 15-4.
f
Ufaltma silindirlerinin (merdanelerinin)
{:ah~mast.
r kuvvetinin yiiniine dikey oldugu icin, COD aciSI u. aciSina e§ittir. Eger p., siirliinme katsay1s1 ise t kuvveti i~in, a§ag1daki bagmtJ yazilabilir.
t
=11 r
(15-1)
Yukandaki ifadeden, a§ag1daki bagmt1 yazJ!abilir. m ·= r sin a.
sabit
silindir b
kesiti
~kil
15-3. Silindirli (merdaneli) ufalnctlar: (a) yandm goriln~; (b) onden goriln~. A, la~;~aftt; D, sabit silindir; D', hareketli silintlir; E, csas hareket kasnaAt; F, hareketli, yatak; G, yay; H, ba~Uan'tt ~ubu~u; J, ayar somunu; K, kamalar; L, bajlama ctvatast; M, hareketli silindirin hareket kasnajtt; M, N, esas silindir dOkiimleri; P, silindir (merdane) taban demiri.
ban; B, sabit ya.taklar; C, sabit silindir
15-7. Sllindfioll ufaltJ.cda.nn ~ln:U. Sekil 15-4 de A, ve A. bir cift silindirin merkezleri olsun. AyrlCa B, kmhcak maddenin kiire §eklind~ki ·bir ta- · necijti olsun ve silindirler arasma dii§mii§ bulunsun. Tanecige tesir eden belirli bir kuvvet r vard1r ve bu kuvvet A1 - A. dojtrusu ile bir ac1 a; te§kil eder. Bu kuvvetin r, m ve n bile§enlerine ayrdmas1 miimki.i.ndiir. Ayr1ca tanecijti silind~rler arasma cekmeye cah§an diger bir kuvvet t daba .vardlr. Bu kuvvet t, r
e
= t COS (1. = 11 r COS«
e ve m kuvvetleri birbirlerine kar§lt kuvvetlerdir. e kuvveti ufaltJlacak maddeyi silindirler arasma cekmeye 9ah§1rken, m kuvveti silindirlerden uzakla§tlrmaya rah§Jr. Maddenin silintlirler arasma .cekilip ufaltJlabilmesi icin, e kuvvetinL'I m kuvvetind~n biiyiik olmas1 gerekir.' · 11 r cos u. > r sin u.
p. >tang u.
(15-2) .
Diger bir deyimle u. ac1smm tanjant~ siirtiinme katsayiSindan ufak clmahd1r. Siirtiinme katsay1s1 maddeden maddeye degi§ir fakat, a. aQISJmn ortalama degeri pratik cah§malar sonucu 16° olarak bulunmu§tur. u. aciSimn iki kah kadar olan OEF ac1s~ k1st1rma a.QISI olarak adland~rilu.
774 775 Silindirlerin Qaplan, ufaltdacak madde ve iiriin arasmda belirli bir bajtmti vardu Sekil 15-5 de R, ufalanacak maddenin yan~ap1; r silindirin yanQap1 ve d, iiriin i~erisinde bulunabilecek en biiyiik taneciklerin yan~ap1 (silindirler ara-
Blr silindirli ufaltwmm teorik kapasitesi devamh bir band §eklinde bulunmah; bn ·bandm geni~ligi, silind1r geni§ligine ve kalmhg1 da, silindirler arasmdaki aQikhga e§it olmahdir. Bu dii§iinii§ .izlenerek a§agidaki bagmti ~Ikariiir. C
=
3.600uwd
(15-5)
Yukandaki e§itlikte,
= teorik kapasite, m'/saat u = silindirlerin Qevresel hizlan, m/saniye w = silindir yiizeyinin geni~ligi, m d = silindirler araSI a~Ikhgm yansi, m (§ekil
C
Sekil 15~5. Ufaltma silindirlerinin kapasitesi.
smdaki minimum a~Ikhgm 'yariSI) olsun. ABC ii~geninde CAB uzal,hgi r+d ve AC uzakhg1 r+R dir. Buna gore,
AB AC
a~ISI
a, AB
r+d r+R
15-5 e bakimz)
N. rpm (donii§/dakika) olarak silindirlerin donme h1z1 ve D, metre olarak silindirlerin Qapi ise, silindirlerin Qevresel h1ZI u = 1t ND/60 d1r. Q , ozgiil agirh~ s olon maddenin ton/saat olarak kapasitesi i~in, a~ag1daki bagmti yazi!abilir. Q = Cs = 60 1t DNwds = 188,5 DNwds ' (15-6)
COSet=--=--
a a~Isuun ortalama degeri 16° ve cos a = 0,961 oldugu iQin silindir Qapi, ufalanacal maddenin ve iiriiniin biiyiikliigiiniin bilinmesi halinde, n~ag1daki bagmti lullamlarak hesaplamr. 0,961 = r + d r+R
(15-4)
Ornek lS.l.. Tanecik biiyiiklii~ii 36 mm alan ve kiirecikler balinde bulunan bir mad~ denio ufalanarak tanecik biiylikliijii 12 mm alan bir tiriin verebilmesi i~in ufalama silindirlerinin ~p1 ne olmahdtr? Bu haf igin siirtiinme katsaytst 0,35 dir.
~211m. tang fJ. ["!itlik (15-2)] ba~mttsma gore, (J. nm degeri tang-' 0,35 den kliciik olmaltdtr. DiBer bir deyim.le a. actstmn degeri 19°17' olmahdtr. Giivenlik smulanm gOzOniine alarak a. nm 18° oldultunu kabul edelim 'Ve bu degeri (15-3) numarah e~itlik.teki
It>
yerine koyahm.
r r
+ 0,006 + O,DIB
~uk.and.aki e~itlikten r = 0,23 m olarak bulunur. Bu duruma gOre, !;aplan 0,46 m olan si· hnd1rlerm kullandmalan gerekmektedir. 0,50 m !;apa sahip silindirlerin kullamlmafan daha uygundur.
Ger~ekte bir Qift silindirin saatteki iiretimi, hesaplanamn biri kadardir.
ii~te
biri ilil onda
Ufaltma silindirlerinin h1zlan, ger~ek kistirma aQISimn temini §art! ile, teorik olarak istenildigi kadar artmlabilir. Fakat, silindirlerin hizi·Qok yiikseltilecek olursa madde siiindirler yiizeyinde kayar ve silindirler arasma giremez. Diger yandan silindirlerin hiZI Qok dii~iik olursa, kapasite a~m derecede azahr. <;ok~a kar§IIa~IIan Qevresellnz 1,8 ild 3 m/saniye arasmdad1r. Bununla beraber, mutlak iisf limit 6 m/ saniye ye nla~abilir.
15-8. Diskli veya konlli ufaltictlar. Bn cihazlar prensip yoniinden doner konik kmCI!ara oldukQa benzerler, fakat, daha ufak par~ah maddelerle beslenirler ve daha ufak taneli iiriin verirler. Dik veya yatay konulmu§ bir esas ~aft ile ~ah§tmlabilirler. Bu s1mfta yer alan bir cihaz §ekil 15-6 da gosterilmektedir. i~erisi bo~ olan yatay bir §aft C, iki sabit yatak arasmda gali§Ir ve di~ ucu iizerinde, konik ogiitme plakalan A ile astarlanmi§ bir kafes ta~Imak tadir. Bu §aft kasnak D tarafmdan dondiiriilmektedir. Sabit §aft B iiierindeki kiire•el yatak tarafmdan ta~man ikinci bir §aft G vardir. Bu §aftm diger ucu, ka.snak F tarafmdan bareket ettirilen eksentrik bir burca E yerle§tirilmi~tir. Bu kasnak F diger kasnakla D aym donme hiZina sahiptir. Saft ogiitme plakalarmi H ta~Imaktadir. Bu sebeple eksentrik yatagm E han)keti, ogiitm<. diskine ait ~evrenin bir kismmm yakla§Irken, diger kismmm uzakla~maslna sebep olur. Bunun sonunda, doner konik kmcmm kirma hareketine benzer bir hareket
776 meydana gelir. Yalntz bu cihaz, douer konik kmcilarda olduil;u gibi biiyiik parcali maddelerle beslenemez. Sert ta§larm ufalanmalan icin uygun bir cihazdtr.
$ekill5-6. S)'mons'un diskli ufalttctst: A, H, o~Utme plakalan; B, kUresel yatak; C, ic;erisi ~>of !aft (kovan mili); E, eksentrik burc;; F, hareket kasnaAt; G, esas !Bff
777 veya kiirek. bail;lanmt§ olup; bunlarm gorevi, tavanm dt§ kenarmdaki maddeyi tekerlek alttna kaztyarak toplamakttr. Yukanda actklanan hareketler analiz edilecek olursa tekerleklerin, ufalama i§lemine ilaveten oi1;tnak i§lemini de yapttklan gorUliir. Bu cihaz macun gibi ktvamh maddelerin kan§ttrtlmalarmda da kullaniltr. · Bu tip ufalttc!larm yaygm kullamlma alam olan diger bir §eklinde, ogiitme tekerleklerinin yatay ekseni sabit olup, tava dondiiriilmektedir. Bll cihazlar daha <;ok kil endiistrisinde kullamlmakla beraber, diger endiistri kollarmda da kendilerine rastlamr. Kilin su katt!arak veya su katthnakstzm ufalanmasma go• re, cihaz kuru tava veya y
15-9. Kollergangla.r. Oldukca farkh yap!lt§a sahip ·ufalttctlar ve kart§• lmna makinalari, bu gene! stntf icerisinde yer ahrlar. Bunlann icerlsinde en .eski tip, ar~ra olarak adlandmhr. Bu cihaz esas" olarak kaba bir §ekilde qO§enmi§ yuvarl~k bir tabana sahiptir. Bu tabamn merkezinden dii§ey l;>ir direk yiikselmekt~dir. Bu direkten yatay kollar uzamr ve bu kollara, zincirler yardtmt ile ail;tr ta§lar bajl;lamr. Merkezdeki direkten ctkan uzun bir Slttil;a kattr veya iikiiz bail;lamr. Yatay kollar doner ve ta§larl, cihaz tabanma yaythnt§ madde iizerinde siiriikler. Bu basil cihaz, uzun ytllar yaygm bir §ekilde ktillamlmt§ olmakla beraber bugiin arttk terkedilmi§tir. Fakat bugiin kullamlan cihazlarm bir lasmt, bu cihazdan geli§tirihni§tir. 11k ve en belirgin geli§irn, 1Derkezl direjl;in motor giicii ile hareket ettiril· mesi ve yan kollar tarafmdan siiriikleuen ta§larm yerini ail;tr tekerleklerin almastdtr. Bu tip ufalttct $ill degirmeni diye adlandmhr ve bir zamanlar sert kayalann ufaltilmastnda yaygm bir §ekilde kull'lnthnt§br. Bu tip ufalttctlardan zamantmtza kadar gelen bir cihaza, macuncu keskisi adt verilmektedir ve bu cihaz, bir ufalttcidan daha cok bir kart§ltrtctdtr. Cihaz esas olarak yiizlerce kilo madde .alabilecek bir tavadan ibarettir. Bu tavamn merkezinden, konik ve fener di§lileri ile dondiirU!en, dik bir §aft yiiksehnektedir. Tavamn h~r iki kenarmda dolane demirden ail;tr cerceveler A yer ahnt§ttr. Bu merkezi §afta, iizerinde celik veya granitten., yapilmt§ ai1;tr tekerlek ta§tyan, ktsa ve yatay bir §aft bail;· lanmt§br. Bu tekerlek, hem merkez! §aft etrafmda ve hem de kendi §aftt iizerinde di:itlme- serbestliil;ine sahiptir. Merkezl §afta gene! olarak 'bir ce§it kanJ!.t
$ekil 15-7. Kuru tavah kollergang: A, c;erc;eve; B, kelepc;e (boyunduruk) C, esas (~a) 1aft; D, hilreket ~aftl; E, basamaklt yatak; F, tava; G, a~mma halkas1; H, ufaltma tekerle~1; J, ya· lak kutulan.
• 778
779
yakm kiSimda, gelik vey~ beyaz dokme demir plakadan ya{nlmi~, a§mma halkasi G yer almaktad1r. Diikme demirden veya granit ta§mdan yapiimi§ ag1r tekerlekler veya ufaltma ta§r, bu a§mma halkas1 tizerinde hareket etmektedirler. Ufaltma teker!ekleri, her iki ucur.dan yatak kutularma J oturtulmu§ ufak bir . §afta b~glanmi§ladir. Yatak kutulan sabit olmayip dti§ey kanallar i~erisinde a§agt ve yukan hareket etme ohinagma sahiptirler. Bu suretle ogtitme teker" lekleri, tavaya doldurulan madde mikdarma bagh olarak kendilmini ayarlayabilirle,r Maddenin ufaltma tekerlelderi altma atdmasmi temin eJen bir cins kazrytci var oiup, tavanni donmesi ile birlikte devamh olarak bu gorevini yerine getirir. Cihaz ·stireksiz gah§tJgi zamun tava tabam kahn ve yekpare bir yap! gosterir ve gah§ma tamamlandJgi zaman, madde bir ktirekle alt tist yaprhr. Diger taraftan, a§mma halkasi ile tavanm dr§ kenan arasmdaki kiSim delikli bir plaka ile orttilecek olursa, bu deliklerden gegebilecek kadar ufaltilmi§ madde losimlan, deliklerden gegerek ufaltiima bolgesini terk ederler. Yeteri kadar ufaltiima~~ losimlar kazmarak ufaltma silindirleri altma at1hrlar. Bu cihaz devamh ola~ k gah5abildigi gibi; bu gah§ma ya§ veya kuru olarak da yapdabilir. Diger bir deyimle madde deliklerden, ya elenerek veya bir su akinu tarafmdan stir~lenerek gegirilir.
15-10. Deslntagrator. . Fazla sert olmayan !if yap1h maddelerin pargalanma ve ufalti!malarmda, desintagratOr diye adlandmlan bir cihaz kullamhr. Bunun tipik bir iirnegi §ekil 15-S de gosterilmektedir. Ufaltma elemanlan iki veya daha fazla say1da kafesden ibaret olup; bu kafesler bir disk A iizerine, cihaz ana miline paralel alan k1sa gubuklar B baglanmak sureti ile meydana getirilrrii§lerdir. Sekil 15-8 de gosterilen iirnek, bu §ekilde yapdmi§ dort adet
•
$ekil 15-8. DesintagratOr: A, A', dOner diskler; B, desintagratOr !;Ubuklan; C, C', hareket ~aftlan; E, E' yatak tabanlan; F, ana taban.
kafese sahiptir. Bunlardan ikisi, C kasnagr tarafmdan diindtirtilen D §afti iizerindeki bir diske A baglanmi§lardir Dlger ikisi ise, C' kasnagr tarafmdan dondtirtiien D'· §afti iizerindcki A' diskinde yer almaktadir. Donen bu kafesler bir muhafaza ile sanlmi§ olup; besleme, ig kafesin merkezine yapi!maktadir. H1zla donen kafesler tarafmdan meydana getirilen santriftij kuvvet, maddeyi bir kafesten digerine atar. Madde daha gok kisa .gubuklann garpmas1 ile pargalamr, di§taki muhafazaya ula~mcaya kadar ince §erit veya par~alar halinde ufalamr. Cihaz o §ekilde yapi!mi§trr. ki, §aft yataklanmn tizerinde yer ald1gi yatak ta- , banlan (E ve E'), cihaz ana tabam F tizerind~ hareket edebilmekte ve ufaltmayi y~pan kafeslerin i~ kiSimlarmm, birbirlerine gore durumlarmm dtizenlenmesine imk&n vermektedir. Bu cihazlar komtir ve kiregta§I gibi kmlgan maddelerin ve aym zamanda, kemik ve mezbaha art1klan gibi lifli maddelerin ufai!IImalarmda da kullamlabilirler. En gok kullamldii?;t alan sun'l giibre endiistrisidir.
15-11. Qeki!)li ufaltlctlar (degirmenler). Bu gene! isim pozitif basmg yerine garpma i~leminden fayadalanan, 90k Qe§itli ufaltma cihazlanm kapsamaktadir. Bu 'loihazlarm bir tipi §ekil 15-9 da gosterilmektedir. Bu cihaz.. merkezl bir §aft B tizerinde 90k sayida dislderin A biraraya getirilmesi ile yapilmi§!Ir. Bu disklerin arasmda, 3 il& 12 mm kalmhga sahip olan ve gelikten yapJ!mi§ bulunan dikdortgen §ekilli ve mafsalh 9ekigler yer almaktadu. Muhafazamn bir yamnda, beyaz dokme demirden veya manganh 9elikten yapilmi§ ufaltic) plakalar D; tabanmda ise sertle§tirilmi§ gelik gubuklardan yapi!mi§ bir elek E yer almaktad1r. $aft ·yuksek bir h1zla donmekte ve meydana gelen santriftij kuvvet, geki9leri radyal olarak sallamaktad1r. Komtir, zift, kireQta§I ve bun-
Sekil 15-9.
Ceki!fli ufaltlct (deSirmen): A, dOner disk; B, ~aft; C, !feki!fler; D, ufalttct pia-
kaJar; E, eleme !fUbuklan.
.~-1
• 780 781 lara benzer kmlgan maddeler, ufalllc! plakalar veya eleme ~ubuklan iizerinde ~eki~ler tarafmdan diiviilerek ufalllhrlar ve bu ufal!lna i§lemi maddenin tiimii, eleme ~ubuklan arahklarmdan geQinceye kadar devam eder. Ge§ith ag1rhkta ve ~e§itli kesit alanma sahip eleme ~ubuklan kullamlarak, kiimiir gibi kmlgan
maddelerden me~ekabugu gibi lifli maddelere kadar, Qak ~e§itli yap!h§taki maddelerin bu cihazlarda ufaltilrrialan miimkiindiir. Cihaz, a§man ~eki~lerin kalayhkla degi§tirilebilecegi bir yap! §ekline sahiptir. Sekil 15-9 da giisterilen ufaltimda eleme ~ubuklarmm bir par~as1 mafsalh alup; ufalanamayacak kadar sert bir maddenin cihaza daldurulmas1 halinde, bu par~anm a~ilare.k maddenin almmaSlm saglar. Kiimilr veya kire9ta§l gibi kmlgan maddeler i~in eleme ~u buklarmm kesit alanlarl, §ekil 15-9 da giisterildigi gibi, dikdiirtg~n §eklindedir. Lif yapi11 maddelerin §erit ve liflere parQalanmasl i~in §ekil 15-10 da giisterildigi gibi, e!eme .~ubuklarma keski §ekli verilir. B~ cihazlarm, · gene! yap;h§Iarl ve GekiQ!erinin §ekilleri farkh alan Qak 9e§itli tipleri vard1r. Fakat biitiin tiplerde esas prensip ve Qah§ma §ekli aymd1r. Bu cihazlarm, ~ekiQleri daha- ufak alan veya sadece tek halkay~ sahip bu~ubuklarmm ~e1itli tipleri. Iunan, ~ak sa}'lda degi§thilmi§ tipleri vard1r. Bu gibi durumlarda hem eleme ~ubuklan ve hemde yuvalarm kenarlan, a§md1rm~ yiizeyi giirevi yapar!ar. Bu mhazlar ymnu§ak ve lifli yap1daki reQine, zift, ilil9, mantar ve benzeri maddelerin ufaltilmasmda kullamhrlar.
$ekil 15-10.
Ceki~li ufalttc!lara ait· eleme
15-12. · Tek slllndirll (merdanell) nfaltiCilar. <;:ekiQli bir deitirmen olarak. slmflandmlmayan, fakat anlar gibi ~arparak ufaltma i§lemini kullanan
_,
$ekil 15-11. Tek silindirli (merdaneli) ufalttct.
diger bir tip cihaz, tek silindirli (merdaneli) ufalt!md1r. Bu §ekildeki bir ufalllc! §ekil 15-11 de giisterilmektedir. Silindir yiizeyi, piiriizlii veya Qe§itli biiyilkliikte di§lerden yapilml§ alup, silindir aldukQa yiiksek bir h1zla diinmektedir. <;:ah§ma §ekli Qeki~li degirmene benzer. Diger bir deyimle ufaltma, pazitif basm~ yerine 9arpma i§lemi ile meydana getirilir ve di§ler ufa!tilacak maddeyi, silrerek ufaltma plakalan kar§ISlna getirir. Bu cihazlar 9ak Qe§itli tiplerde yapdu ve gene! • alarak kiimilriln ufaltllmasmda kullamhrlar. ·
15-18. Deglrmenler. Bu Slmh te§kil eden cihazlar, 200 me§ degerinde elek a~1khg.na sahip eleklerden geQebilecek ilriln veren cihazlar, alarak karak: terize edilirler. Bu, ince iigiillnenin bir kriteridir ve kriter alu§una sebep de, ¥00 me§ biiyiikliikte ilriln vermi§ almaSI degil, iiriinleri kantral iQin gene! olarak kul!amlan en ufak delik biiyiikliigilne sahip eleklerin alt smmmn 200 me§ almaSld!f. Daha ince eleklerin yapilmalan miimkiinse de; elek tellerinin ~ak ince almalan sebebi ile bunlardan, muntazam delik biiyiikliigiine sahip eleklerin yapilmas! Qak zordur. Hem muntazam delik. biiyiiklilfl:ilne sahip almamalan ve hem de dayanma silrelerinin ktsa almaSI sebebi ile, 200 me§ den daha ince elekler pek fazla yapilmazlar. Bununla beraber iirilniln 200 me§ den daha ince almaSI istenilmekte ise, 400 me§ delik biiyilkliigiine sahip elekler yap1hr ve bu maksatla kullamhr. Bu sebeple bir kts1m ince· \jgiltiicii!er bu spesifikasyona t~yarlar. ' 15-14; TQ§h degirmenler. Halen kullamlmakta alan degirmenlerin en eski tipi belki de ta§h degirmenlerdir. Bugiln dahi un degirmenletinde ve bir klSlm tanelerin ogiitiilmesinde yaygm bir §ekild« kullamlmaktadtr. Aynca bayalarm, matbaa milrekkeplerinin, kazmatiklerin ve illl~larm haztrlanmalafmda da kullamhrlar. Sekil 15-12, alttan hareketli bir ta§h deitirmeni giistermektedir. Ta§h degirmenler, hareketi sa~layan mekanizmanm bulundugu yere balalmak~lzm, alt veya list ta§m hareket ettirilmesine balalarak, alttan veya ilstten hareketli alarak bir aymma tdbi tutulurlar. Sekil 15-12 de iist ta§ A, iist Qevre•inde yer alan ve sapla~alara C asilmi§ alan metal bir band B yard1m1 ile, muhafazaya baglanml§tlr. Alf ta§, kasnak kallan E iizerine de ta§mmakta alup; kasnak, basa, makh yataga G aturmu§ bir §aft F taraf1ndan hareket ettirilir. El Qarla H ve sansuz vida-di~li diizeni 1 vaSitasi ile hareket mekanizm:asmm tilmii, iirilniin tanecik biiyiiklilgiinii diiz~nlemek amaCI ile a§a~l- yukan ayarlamr. Madde daldurma hunisine K gonderilir ve iki ta§ arasmdaki yiizeye daj\lbhr. O~tiil' mesi istenilen madde· ta§lar arasmda ilerlerken yava§ yava§ ufal1r ve nihayet §ekilde giisterileu baglant1lar yalu ile de~irmeni terk eder. Bu cihazlar!la kullanilan ta§lar, yalmz birka~ yerden ~lkarll.abilen, iizel bir kum ta§l cinsidir. Bunlar i9erisinde Fransapm baZI biilgelerinde yerden ~ikar1lanlar, en iistiln kalitecle alanlard1r.
.
782
•
•
783
man 9evreye dogru ilerlet. Ogiitiilecek madde daha 90k bu kanallart doldurur ve bu sebeple degirmen ta§mm yapt1g1 i§, ogalamak §eklinden 90k bigmek §eklindedir. Tanelerin (9ekirdek veya toh;,m) ta§h degirmenlerde iigiitiilmesi h1zh bir §ekilde yerini ba§ka ogiitme §ekillerine terk etmektedir. Bugiin ta§h degirmenlerin yerini daha 90k modern silindirli (merdaneli) degirmenler almaktadtr.
15-15. Silindirli (merdaneli) degirmenler. Silindirli degirmenler bugiin daha 90k, tahl( tanelerinin ogiitiilerek un haline getirilmelerinde kullamhrlar .. Bununla beraber, orta sertlikte olan ve 90k ince toz haline ogiitiilmesi istenilen diger maddelerln iigiitiilmeleri i9in de uygundur. <;iinkii bu degirmenIerde ogiitme, dogrudan dogr11ya basbrarak veya ogalayarak par9alamaktan daha 90k bi9me (kesme) ile. yap1lmaktadtr. Orta tanecik bjiyiikliigiine sahip maddelerin 90k ince toz haline getirilmelerinde knllamhrlar. Silindirli (merdaneli) bir tip §ekil 15-14 de gosterilmektedir. Bu degirmen iki Qift silindirden
S~kil 15-12. T~h defiirmen: A, ii_st ta~; B, band; C, saplama; D, alt t~; E, alt ~ kas~k kollan; F, ana -$aft; G, basamakh yatak; H, ayar ~arkt; J, ayar di~lisi; K, doldurma hunisi. Ta§h degirmenlerin bir iizelligi de, degirmen ta§lanmn yiizey i§leme me.......;;:;=;;:;;:J.,.!!!! todudur. Degirmen ta§t yiizeyine verilen bu §ekil, uzun yiilardan beri siiregelmi§ olup, kaymigt da bilinememektedir. Sekil 15-13, kanal)arm degirmen ta§t yiizeyinde nastl yer aldtklarmt giistermektedir. 0 st ta§, hem alt ve hem de iist ta§tn iigutme yiizeyleri duruma hakim olacak §ekilde ters ~evrildigi "zac man, her iki ta§ iizerindeki kanailar aymdtr. Ost ta§ yerinde durur ve alt ta§ dondiiriilecek olursa, alt ve iist ta§larm yiizeyleri iizerindeki kanallar birbirini dar a91 ile ke~er. Bu §ekildeki kanallarill $eki!" 15-13. Degirmen ta11 mn iilenil- kesim noktalan, ta§ p1erkezine yaktn me metodu. bir noktadan ba§lar ve ta§ dBndiigu za-
avara k.asn
l;:alr;;t1ran kasnak
Cal15t1ran kenan n yandan gi:irUni.i:;G
Sekil 15-14. Silindirli (merdaneli) de8irmen: A, htzh dOnen silindirler; B, yava-$ dOnen silindirler; C, avara kasna81; D, avara -$aft1; E, besleme borusu; F, ii~t kO~eli krank.
1.·. \
785
78~
(merdaneden) meydana gelmi~ . olup, her ~iftin bir silindiri · birbirlerine doltru diinmektedir. Silindirlerin bu hareketi, ~ok~a kullamlan larma silindirlerinde kar§Ua§ilan, bastrrma yerine bi~me olay:mm meydana gelmesine sebe!f olui. ~ekil 15-14. deltifmenin hare!,etli (~alt§tiran) tarafm1, linden ve kesit o!arak, ya" r1m yar1m giistermektedir: ~asnaklar her iki ~iftin lnzh diinen silindirine A baltlanml§lard~r. Hareket kayi§I bti kasnaklar ve avara kasnalt• C etrafmda bir douii§ yapar. Bu kasnak, silindir dayanaltmm z1t yoniine dogru uzanan bir avara §aftim D harekete getirir. Bu avara §aftmm dilter ucundan kayJ§, her ~iftin yava§ diinen silindirine B gider. Silindirlerin iizerinde iizel bir sallanan hesleyici F yer alml§ olup; ogiitiilecek maddeyi her iki ~ift silindire C§it miktarlarda giinderir. Her· silindir ~iftinin bir silindiri, sabit bir yatak i~erisinde hareket eder. Her silindir ~iftinin diger silindiri, ayarlanabilir ii~ kii§eli krank F iizerine yerle~tirilmi~ yatak i~erisinde hareket etmektedir. Bu ii~ ko§eli kranklar, alt lasJrn· da bir· mile baglanml§ olup; iist las1mdan, bir el ~arlo ve vida ile ayarlanabil~ mektedir. BU suretle, silindir!er aras:mdaki a~lkhk ve do!ayJsl ile maddenin her ge~i§teki ufalanma derecesi, diizenlenebilmektedir. 15-16. · Santrifllj deglrmenler. Santrlfiii. degirmenler olarak· smulandtrllan degirmenlerde iigiitme, bir veya birka~ diiner iigiitine ta~1 taraf:mdan yapllrr ve bunlar, iigtltiilecek ~adde iizerine lasmen V!Jya tamamen santrifiij kuvvetten olu§an bir basm~ yaparlar. Bu tip degirmenler, komiir. gibi larugan maddelerden sert kaya ve ~imento klinkeri gibi maddelere kadar, degi§ik sert· . ' likteki maddelerin ince bir §ekilde iigutiilmelerinde kullamlmaktad!r. Bu del!it· menlerin bir tipi, - Raymond degirmeJ!i (~ekil15-15) ~ iigiitine ve hava seperatorii lasmilanm bir iinite i~erisinde toplalDI~ bnlunmaktad!r. Temeller iizerinde oturtulmu§ ana taban dokiimii A, i~erisinden dii§ey h~reket §aftirun C g~tigi, mer· kez! ve dik bir kovan ta§Jrnaktad•r. Bu §aft alt lasrrnda kendisine hareket ve.ren bir yataga oturtnlmu~ olup; bit ~ift konik di§li ve kar§ilik mili tarafmdan don· diiriiliir. Bu ~afun iist ta~hfma, iki veya daha fazla kolu olan bir ba~hk D ge· ~irilmi~ olup; her kol, bir boy.unduruk i~erisinde son bulmaktadtr. Bubo)'llDduruklarm her birinin · i~erisine dii§ey bir §aft E aslilDI§ olup; bunlar, bo)'llDdurug~ deliginden gecen lasa ve yatay bir §aft 'F ile millenmi§lerdir. Dii§ey §aft alt taraf:mda, manganh Qelik veya sogutulup. sertle§tirilmi§ di!Iane demirderi yapllnu§, bir iigiitme ba§hl!t veya iigutine ta§J G ta§rrnaktad~r. Ogiitme•,ba§hl!i dii§ey §aft B etrafmda diinme serbestlil!i11e sahiptir. Aym zamanc.a biitiin taIam, boyundurugun ucundaki yatay §aft F etrafmda da donebilmektedir. Esa~ . mil ba§hl!• ile birlikte dondiigii zaman, ogiitme ba§hklar1 ara halkaSI H. iizerine bastiri!rr. Ara haJkQ;;,, ana tabau dokiimii. tarafmdan ta§mmakta olup, de~i§tiri lebilir dovme demirden yapi!ml§tlr. Ogutine ba§hklar1 ogiitme i§lemini, sfut, mekten ~ok yuvarlan.;,a ile yapmaktadtr. Yukar1da aQiklamalart yapuan biitiili
lasimlarm projeleri, yatak yiizeyleri tozlanmayacak §ekilde, dikkatle hazlrlanma!IdJr. Ara halkasmm altm•l rastlayan taban diikiimii gevresinde, i~eriye dogru yonelmi§ kunatlan ] bulunan bir seri aQikhk vardtr ve bu aQikhklann etra£1, i~erisine orta derecede basmca sahip havanm gonderildigi, levho §eklindeki muhafaza K ile gevrilmi§tir. Hava degirmen iQerisinde a§ag1dan yukar1ya dogru
Sekil 15 15. Raymond de8i~eni: A, ana taban dOkiimU; B, dil~ey kovan; C, hareket ~afb; D, bw_,Itk kollan; E, OAiitme ta$1 $aftl; F, yatay $Rft; G, O&iitme ta~n; H, ara halkast; J, kanatlar; K, levha halindeki metalden muhafaza; L, kiirekler; M, besleme 9ark1.
ge~mekte ve bu esnada, suspansiyon haline gelebilecek kadar ufal!llm1§ parg~ larl da birlikte siiriiklemektedir. Muhafazanm iist k1smmda toplanan hava brr seperatore giinderilir. !nee toz haline gelmemi§ kmmlar alt lasma dli§el' ve kiirek L tarafmdan almarak tekrar ara halkasmm iizerine atd1r. Maddenin tiimii, hava tarafmdan siiriiklenebilecek incelikte bir toz haline gelinceye kadar, madd~ degirmen igerisinde kahr. Havanm miktanm diizenleyerek, maddenin ogii, tiilme inceligini diizenlemek mlimkiindiir. Degirmenin muhafazasl atmosfer basmcmdan biiyiik bir basmg altmda oldugu i~in, maddenin degirmen igerisine gonderilmesini. snglayacak ozel bir ciliaza ihtiyaQ vard1r. Bu, §ekilde giisteril1. Catalta1 -
Kimya MUbendisliAine Gir~
F.',,,
786
787
digi gibi' besleme himisi ve doner di~li gark M tarafmdan saglamr. Doner di~li gark hem maddenin muntazam bir §ekilde degirmene girmesini sai;tlar ve hem de bu yolla, hava - ogiitiilmii§ madde suspansiyonunun di§an kagmasml onler. Ogiitiilmii§ maddenin ·ha~adan aynlmas1 k1Slm 14-12 de aglidamalan yapllan cihazlarla saglamr.
lli-17. Bllyah (kiirell) deglrmenler. Maddenin ince bir toz haline getirilmesi igin kullamlan ve biiyiik onem ta§Iyan blr degirmcn s1mfi da bilyah deginnenlerle, boru degirmenleridir. iki tip arasmdaki esas fark, uzuhlugun gapa oranimn bu iki deginnende birbirlerinden farkh olmaSidir. Bilyah degirmende. degirmen uzunlugu, yakh§Ik olarak degirmen gapma e§it oldugu halde; boru degirmeninde degirmen uzunlugu, degirmen gapmm iki kat1 kadar veya daha fazlad1r. Her i~i tip de esas olarak yatay bir §ekilde dururlar; gakmakta§I, · gelik: veya diger bir maddeden yapi!mi§ bilyalar1 vardir ve eksenleri etrafmda yava§ bir §ekilc;le donerler. Ogiitiilmes1 istenilen madde degirmenin bir ucundan girer ve bilyalarm garpmas1 sonucu ince toz haline iigiitiiliir.
Sekil 15-16. Bilyalt (kiireli) de~irmen: A, Muhafaza; B, besleme kovas1; C, besleme spirali; D, bosaltma eleAi; E, ~altma hunisi; F, hareket di$lis~; G, ig kaplama.
Bllyall degirmenler. Sekil 15-16 bir bilyah (kiireli) degirmen kesitini gostermektedir. Degirmen esa~ olarak, yatay duran ve uzunlugu hemen hemen gapma e§it alan, bir silindirden A ibai:ettir. Bu silindirin ig lasm1 a§mmaya dayamkh bir malzeme G ile kaplanmi§tir. Sel\lin sagmda yer alan besleme ucu,
helezonl bir besleme kovasmdan B meydana gelmi§ olup; iigiitiilecek maddeyi once besleme spiraline C ve sonra da degirmenin igerisine gonderir. Bilyalarm sa)'lSI, bilya biiyiikliigii, silindirin diinme luzt ve besleme debisi kontrol edilmeleri gere~en faktiirler olup; bunlar kontrol edildigi takdirde, bo§altma elegi D ve bo§altma hunisini E terk eden madde istenilen dereced~ ogiitiilmii§ olur. Bo§altma elegi, oldukga kaba dokunmu~ bir elektir ve gorevi, heniiz iigiitiilmemi~ taneciklerin degirmen i~erisinde tutulmasm1 saglamak olmay1p, herhangi bir §ekilde degirmenin bo§altma yapan ucuna kagan bilyalarm tekrar silindir igerisine donmelerini saglamaktir. Degirmen F di§lisi tarafmdan diindiiriiliir ve gah§makta olan bir 'degirmen, ge§itli biiyiikliikte bilyalara sahip olabilir. Bilyalar degirmene konduklarmda ge§itli biiyiikliikte degillerdir fakat. zamanla meydana gelen a§mmalar sonucunda bu degi§me olur. Bu sebeple bilyah degirmenlere zaman zaman yeni bHyalar konulmahd1r. Degirmen daha yiiksek h1zla diindiiriilecek olursa, daba fazla giice ihtiyag duyulur fakat buna kar§wk, belirli bir kapasiteye ait ogiitiilme inceligi artml· mi~ veya, belirli bir tanecik biiyiikliigiine ait kapasite yiikseltilmi§ olur. Aynca bilyalarm kiigiiltiihnesi, iiriiniin daha ince toz edilmesine sebep olur. Son olarak, besleme debisinin artmlmas1 iiriin debisinde artinaya sebep olursa da, de· girmen iri tanecikli iiriin verir. Bilyah degirmenlerin ig kaplamalan basil, piiriizsiiz silindirik kaplama veya basamakh kaplama §eklinde olabilir. Bu degirmenler ya§ veya kuru olarak gah§tmlabilirler. Boru degirmeni. Bir boru degirmeni gene! olarak bir bilya!I degirmen gibi gah§Ir yalntz, boru degirmenin uzunlu!!u gapmdan daha biiyiiktiir. Aynca, metal bilyalardan gok gakmakta§I Qakiiian ile doldurulur ve bunlarm ortalama biiyiikliigii bilyah degirmenler i~in kullamlanlata oran!a daha kiigiiktiir. Bilyah degirmenler igin siiylenmi§ her§ey aynen boru degirmenlerine uygulanir, yalmz boru degirmeni bilyali degirmenden daha ince taneli bir iiriin verir. Boru degirmenleri sert kayalarm ve portland gimentosunun iigiitiilmesinde yaygm ( b) bir §ekilde , kullamhnaktadular Bunun ba§hca sebebi, yava§ luzla c;a!I§malan ve yapih§larmm. basit olmaSICbr. Boru qegirmenlerinin ic; kaplamalan c;ok ge§itli olabilir, 6ekil15-17, bunlardan iig omek gostennektedir. Dl§ muhafazanm devamh olrn"Sma kar§Ihk, $ekil 15-17. Boru degirmeni i> kapla· ig kaplama a§mrnkga degi§tir;Jir, c ile malan.
788
789
gosterilen yapUI§ta, gaJullar A arahklanndan girer ve gergek bir a~mn,a yiizeyi meydana getiriro <;:aklllar klnhp di§an dokiildiik~e, yenileri konuro Born degirmeninin degi§ik bir §ekli Qubuk degit·me11i adm1 ahr. ve bu degirmenlerde ogiitiicii bilya ve gaklllarm yerini, born eksenine paralel <;ubuklar almi§lardJio
dir, 5 mikron veya daha kiigiik tanecikler istepilebiliro Bu §ekildeki cihazlar, biiyijk tonajdaki maddelerin iigiitiilmesinde kullamlmazlar fakat, gah§malar) cok onemli olabiliro Bu makinalara bazan koUoid degirmenleri denildi~i oluro Bu s1mh te§kil eden degirmenlerin bir temsilcisi mikronizor (§ekil 15-19) arum ahr Ogiitme, yiiksek h•zda garpma ile meydana getirilir; yiiksek hlZ Jse, akl§kan jetleri ile saglamro Hava veya su igerisinde suspansiyon haline getirilmi§ ogiitiilecek madde, bir besleme halkas1 A yolu ile cihaza verilir ve te~etsel 0
Hardinge degirmeni. Bilyah degirmenlerin ve born degirmenlerinin degi§ik bir §ekli Hardinge degirmeni adm1 ahro Bunun bir ornegi §ekil 15-18 de gosterilmektedir. Zamanla meydana gelen a§mmalar sebebi ile, degirmenin ~e §itli biiyiikliikte bilyalarla dold.~.uulmasi, bu degirmenlerin esas prensibini te§kil
$ekil 15-180 Hardinge degirmenio
edero Boylece biiyiik ve kiigiik bilyalar birbirlerinden aynhr ve kiigiik bilyalar, degirmenin b~§alma yapan ucunda yer alarak, iiriiniin daha ince bir §ekilde ogiitiilmesini saglarlaro Degirmenin bo§alma yapan ucunu konik yaparak bu husus temin olunuro Degirmen otomatik olarak kiigiik bilyalan biiyiik bilyalardan aymr ve onlarm bo§alma yapan konik ugta toplanmalanm sai!;laro Bu esnada biiyiik bilyalar degirmenin besleme yapllan silindirik klsmmda toplanrrlaro
$ekil 15-19o Mikronizlir: A, besleme (do1durt..a) halkaSI; B, tegetsel besleme nozullatt; C, iiAiitme odacJA:t; D, hava emme halkast; E, hava nozullan; F, hava -&:lkl!$ borusu; G, i.irUn ~tkt~ borusuo
nozullar B tarafmdan iigutme odac11!;Ina C giinderiliro Subuhar1, hava veya su (problemin ozelligine gore bunlardan biri}, D halkas1 yolu ile E noznllarma gonderilir ve noznllardan, gok yiiksek bir lnzla d1§ar1 gii(arlar Akl§kanm fazlas1 F yolu ile, iiriin ise G yolu ile cihaz1 terkedero 0
derecede ince iigutiilmii!> ~ veren degirmenler. Kirma ve ogiitme makinalarm1, mineral hazirlama pratigi yoniinden, bir kar§lia§· !Irma yapmak egilimi vardiro Bunun sebebi sadece, bu alanda gok say1da rnakina kullamlmas• olmay1p; aym zamanda, makinalarm gah§malan ile l]gili mu· azzam miktarda bilginin var olmasidiro Kayalarm iigiitiilme;inde kullanlian makinalar, kimya miihendisligi alamnda kar§Ila§Ilan operasyonlarm isteklerine cevap verroekten uzakhrlaro Bu makinalarm bir kl~1 onceki klsmllard" agiklanmi§tlro Diger bir sm1fi te§kil eden ogutme cihazlan, metalurji proseslerinin gerektirdiginden, daha ince iigiitiilmii§ iiriin verebilirlero Kimya miihendisliginin bir k1Slm alanlarmda maddenin 200 ·me§ e kadar ogiitiilmii§ olmas1 yeterlio degil-
15-18.
A~rn
15-19. Krnna ile ilgill teori - Rittlnger kanunu. K1rma i§leminin ve o~iitme makinalanpm yaygm bir §ekilde kullamlmasma ragmen, ktrma ile ilgili
bir teorinin geli§tirihnesi igin. yapiian biitiin gah§malar ve klrma makinalarmm matematik formiillerle· koordine ~dilmesi, gene! olaral<, ba§ansiz olmn§tur Rittinger kanunu ve Kick kanunu adlan ile< bilinen iki ana kanun ·geli§tirilmi§tiro Bu kanunlarm hicbiri, herhangi bir ogiihne makinasmm cal•§masmi tam olarak 1 ifade ehnezler o 0
790
791
Rittinger tarafmdan ortaya atllan k1rma ile ilgili kanun, kuma igin gerekli enerjinin, pargalanan yiizeyle oranllh oldugu esasma dayan1r. Bu esas1 agildamak igin, §ekil 15-20 de giisterilen kiib §eklindeki maddeyi giiziiniine alahm. Kiibiin her kenannm uzunlugu D kadard~r. Bu kiib, kenar uzunluklan d kadar alan ufak kiiblere aynhm§ olsun. Sekil 15-20 de D nin d ye oran1 4 : 1 olarak · almmi§llr. D : d oram n ile giisterilebi/// lir. !;>ekil 15-20 den gi.iriilebilecegi gibi /~ // iig boyutun her birinde, (n - 1) saytda //j/1/ kmk yiizey vardu. Diger bir deyimle, bu kiibii kiigiik kiiblcrc :.yur.1ak igin, 3(n -1)D' miktarmda bir yiizeyin par_....V :.. . . 0 / galara kesilmesi gerekrnekt~dir. 1 m• de_....Y~ gerinde yeni bir yiizey elde etmek igin gerekli i§ B kgr-m olsun. Boyu D m Yo a~ alan kiibii boyu d m alan kiiLlere ayuJ.d~ 0 mak igin gerekli i§, a§agidaki bagmll ile verilmi§tir. ~eldl 15-20. Rittinger kanunu ile ilgili
r
~L..:::
.,...,Yvv
y
a~aklama.
i§ =
3BD'(n-1)
(15-7)
Kmlmas1 istenilen maddenin 1 m' iinde, biiyiik boyutlara sahip 1/D' saytda birey (iinite) vard1r. Bireyler muntazam kiibler halinde ohnadi'gi takdirde; gercek birey alamnm, gogunlukda blliunan ayu1 boyutlara sahip kiib alanma oramrun, her biiyiikliikteki birey igin aym olabilecegi dii§iiniilebilir'. Bu oran K ile gas• terilebilir. Bu degerleri (15-7) numarah e§itlige yerle§tirir ve n = DId oldugunu da giiziiniine alacak olursak, (15-8) numarah e§itlik meydana gelir. Her m' igin gerekli i§ -
(15-8) numarah e§itlige, igerisinde iizgiil ag1rhgm yeraldigi bir faktiir yerle§tirilecek olursa e§itligi, her m' madde igin gerekli i§ §eklinden, her metrik ton madde igin gerekli beygir giicii §ekline diinii§tiirmek gok kolay olur. M~y dana gelen e§itlik bu §ekli ile pek fazla kullamlmaz, fakat basitle§tirilmi§ olur.
Her ton madde iQin gerekli hp degeri = C (
-1)
Yukartdaki bag;tn!I Rittinger kanunu ad1m ahr. 1 Bunun ge9erli bir dliiliDlii olmad1~1 gosterilmi!tir. C:lifil
h)
(15-9)
Kick kanunu. Kick kanunu, maddenin kmlmas1 igin gerekli enerjinin, maddenin ilk ve son gaplar1 arasmdaki oramn logaritmas1 ile oran!Ih oldugunu kabul eder. Diger bir deyimle, belirli ag1rhktaki maddenin 25 mm lik kubler halindeki tanelerini 12,5 mm ye pargalinnak iQin gerekli enerji, 12,5 mm biiyiikliikteki kiiblerin 6,25 mm ye veya 6,25 mm biiyiikliikteki kiiblerin 3,125 mm ye pargalanmalan iQin gerekli alan enerji ile ayuuhr. Ornegin, bu kanuna gore, maddenin dokuz misli ufaltilmasi i~in gerekli enerji, iiQ misli ufaltilmas1 igin gerekli olamn iki ka!l kadard1r. Kick kanunu a§agidaki e§itlikle ortaya konllirnu§tur.
hp (15·8)
-
Ozel bir maden filizi ozel bir kmctda kmlarak bir test gah§masi yapilacak olursa (15-8) numarah e§itlik, iiriin tanecik biiyiikliigii degi§ecek 5ekilde degirmen ~ah§tmldij?;I zaman, liizumlu giig degi§melerini hesaplama imkamm verir. Gergekte bu konuda ba§ariya ula§Ilamaz. Ciinkii, total yiize}in biiyii'·. bir k1smi, d den daha ufak tanecikler meydana getirir. Gross\ bir bSim m··1ddelerin ge§itli biiyiikliikteki taneciklerinin iilgiilmii] yiizeylerini veren bir tablo vermi§· tir. Bu bilgilerin varhgma ragmen Rittinger kanununun gegerligi hll.M siiz konusudur.
~3 (3BD 2K)(n -1)
=3BK(~
~
=
D Klogd
(15-10)
Yukandaki e§itlikte K bir sabit, D ve d, maddenin ilk ve son tanecik biiyiikliikleridir. :((ick kanunu fazla say1da taraftar blliamami§tir. Yiizey iilgmelerinin yapildij?;I son ara§tirmalardan once, kmc!larla ilgili test gah§malannm sonuglan (15-9) ve (15-10) numarah e§itliklerden elde olunan sonuglar ara•ma dii§mii§tiir. Kmlmi§ kuartz1n, hidrofluorik asid igerisindeki giiziinme debisi kullamlarak blliunan, kmlllll§ kuartz tanelerinin yiizeyi, Rittinger kanununa oldukQa uymaktadu''· Diger ara§!InCI!ar bu hususu ispatlayamami§lardir. Ornegin, §ekil
1
2
Gross, loc. cit. Gross, loc. cit.
792
793
15-21 kuartlzm bir tip (dropweight) lanctda lanlmasmdan elde olunan deney sonuglanm gostermektedir, Yiizey alanlarmm olgiilmesinde ge• '§itli metodlar kullamlmt§tlr. {2001~--4---~~~ Onemli olan hu~s, yeni yilzey (,) :>: meydana getirmek igin gerekli enerjinin miktart ile yeni yiizeyin :!:110001------*~--b:......""--1 >. alam arasmdaki ba~mtuun lineer '2 ohnayt§u:hr. Bu husus da, Rittin~ ger kanununun tamamiyle uygu100 200 0 300 Janabilir bir kanun ohnaJJ~mt orEnerji Kgr.-cm;9r. taya koyar.
ge9en zaman, olarak ~ammlanrnt§tlr. Ge§itli maddelerin ozel bir ogiitiiciide o~ii tiilmeleri ile ilgili hesaplamalarm yaptlmasmda bu endeks faydah olabilirse de, gene! bir uygulama yapt!amayacag• goriihnektedir. Bond' un son ytllarda ortaya koyduguna gore k~rma ve oktiitme igin gerekli giiciin miktar,t, iiriine ait
.,
Sekil 15~21. Uretilen yeni yUzey ile euerji gideri arasmdaki ba~ml!yt a<;tklayan deneysel bilgiler. Kuartzm kmlmaSl ile ilgili. A egrisi; Gross and Zimmerli, Am lnst. Mining Met. Engrs., Tech. Pub. 126 (1928); 127 (1928). Hidrofluorik asid
<;oziinlirlejtirilmesi. B egrisi, Johnson, Axelsan and Piret, Chem. Eng. Progr., 45; 708-715 (1949) Gaz absorpsiyonu. C egrisi, B ile aym fakat alanlar hava ge<;irgen!igi kadar farkhdrr.
15-20. KlrJna, teorlsinln bugiinkii durumu. Son galt§rnalar, hem Rittinger ve hem de Kick ka-
!rl ·~
Bu metodlarm bir kismt esas almmak stlreti ile, kin~t randtmanlarmm hesaplanmasl istenilmi§tir. K1rma denemeleri soi:mcunda elde olunan. birim yeni yilzey igin gerekli enerjinin miktar1, termodinamik incelemelerden (cok ·sa}'lda on kabnller kullanan) hesaplanan, teorik yilzey enerjisinin miktan ile kar§tla§· ttrtlacak olursa, %0,1 illl %1 arasmda degi§en bir ranchman elde olunur. Ag1k9~ goriildii~ii gibi, operasyonun mekanizmaSI Qok saytda bilgiyi gerektirmektedir'. O~iitiilebilme endeksi teklif olunmu§ ve bu endeks, tamllmiy~e belirli kt!mmt§ laboratuar cihazl ile yapt!an o~iitme i§lemi (taneciklerin ufalttlma miktan) igin E.L. Piret, Chem. Eng. Progr., 49 : 56-63 (1953).
na1ru
c::
'j
"
a:
1
:i
-ICI
~
0
-"'
ri
nunlarmm gene! bir §ekilde gegerli olmadtklanm gi:btermi§tir. <;:ah§malar daha gok, h~m kmlacak maddenin ve hem de iiriiniin
gergek yilzeyler.inin bnlunmasi §eklinde ohnu§tur. Biitiin bu gah§rnalar, gazm madde tarafmdan absorplanmasmt (gok giig olan bir laboratnar telmigi ile), yiizey taraftudan tutulan gozelti miktarmt, maddenin gaz veya StVIya kar§t gosterdi~i gegirgenligin miktanm (Kozeney e§itligi ile ortaya konulan) esas almaktadtrlar. Ge§itli metodlar birbirlerinden gok farklt sonuglar vermektedir. Yukanda agtklanan metodlarm giig yonlerinden biri, yilzey o!Qiihnesinde sad~ce tane• ciklerin dt§ yiizeylerinin mi yoksa, bununla birlikte gatlak ve deliklere ait yiizeylerin de gozoniine ahmp almmayacagJdu. Kuartz kmklarmm raz absorbsi· yonu yolu ile olciilen yiizeyi, gegirgenlik yolu ile bnlunan yilzeyin iki kati kadarchr. Hematit takdirinde ise, gaz absorpsiyonu metodu gegirgenlik metodunun verdigj sonucun 62 kat! kadar bir yilzey .verir.
1
1nn.
:::--,,
1
•
~
·:::,
...ol
"':!'"'
~ ~.
h
1-"
,n.,..,.,f11 /Ill 0,393
3,93
39,3
393
3937
$ekil 15-22. Kmct ve o~litlicliler tarafmdan kullamlan gii<; miktarlan (Bond and Wang, Trans. Am. lnst. Mining Met. Engrs., 187: 181). tanecik biiyiikliigiiniin karekokii ile orantihdtr. Bu sonug gok say1dak\ test 9a_h§malarmdan gtkar~lnu§ olup, oldukga gegerli goriilmektedir. Fakat, heniiz sa~ Iamna ftrsatl bulamanu§br. Oldukga- faydah bir diyagram• §ekil 15·22 de verilmi§tir. Bu diya~ramda n, ufalanma oram :(kiiriiltme oram) olup; kirtlarak maddenio yilzde sekseninin gegti~i delik ag1kl1gtm (elege ait), iiriiniin %80 ninin gegtigi delik agtkh~• ile bolerek elde olunur. Son husus aym zamanda iiriin tanecik biiyiiklii~ii P olup, em ile biri~lendirilir. Biitiin iireticiler igin metalierin fiat! aym oldu~undan, metalurji endiistri· sinde rekabet bir miktar onlenmi§tir. Bu sebeple metalurji endiistrisi uzun }'lllar gergek galt§ma bilgilerine bagh kalrnl§br. Mineral haz~rlama konusunu ele alan kitaplar, Qe§itli kirma ve ogiitme cihazlarma ait gok sa}'lda gergek gah§ma bilgilerine sahiptirler. Bu bilgiler arasmda operasyonun fiat! ile ilgili bilgiler de bnlumnaktadu. 1 0
Bond, Mining Eng., 4 : 484- 494 (1952). Bond and Waag, Trans, Am. lnst. Mining Met. Engrs., 187 : 871 (1950).
794
15-21. funct !;Bh!>mast- kmla.cak madde. Kuma ve ogiitme, ister Rit· tinger veya ister Kick kanununa uyarak meydana gelmi§ olsun, kullamlan giiciin biiyiik bir krsmr ufak taneciklerin kmlmasr igin harcamr. Bunun bir sonucu olarak, belirli bir maddenin 10 me§ biiyiikliige kadar ufaltrlmaSl istenihnekte ise; iiriiniin bir losmmm 20 veya 50 me§ biiyiikliige kadar ufaltrlmr~ olmasr, giiciin israf edihnesinden ba§ka bir§ey degildir. U'riin i~erisindeki elek altmm minimum bir deger
795 Bu sistemin en gok uygulama alam buldugu alanlardan biri bilyah degirmenlerle, born degirmenleri olup; ogiitme ya§ olarak yaprhnaktadir. Bu durumda kiiciik taneciklerle biiyiik taneciklerin birbirlerinden aynlmas1 Dorr smrflandmcrlan (los1m 14-20 ye. balomz) tarafmdan yaprlmaktad1r. Aym zamanda, kapah devre ogiitme projesi kazrrlanrrken biiyiik. taneciklerin, smrfland>nCidan boru degirmeninin besleme yaptlan ucuna geri gonderilecegi hususu gozoniin-· de bulunduruhnah ve bu ta§Imayi yapacak olan ta§rma bandlarmm (kayi§latinm) uzunlugu, minimuma indirilmelidir. $ekil 15-23, kapah devre ogiitme sis-
Ufak
pan;alar ,._.....
Dorr
degirmenler
SlntftandinCISI
iiriin
kum
Sekil 15-23. Kapah devre O~litme metodunun aktm diyagramt.
15-22. Kapah devre ogntme metodu. Bu terim, krrma veya ogiitme cihazlarma iiriinii tanecik biiyiikliigiine ayrracak cihazlarm baglanmasr; elek altmm iiriin olarak dr§an almmasma kar§rhk, elek iistiiniin tekrar kuma veya ogiitme cihazma gonderilmesi, anlanuna gelir. U'riinii tanecik biiyiikliigiin.o gore bir ay1frma tAbi tutacak cihaz, ya bir elektir veya endustride bu alanda yaygm bir §ekilde kullarnlan diger bir cihazdrr. C:ok ufak taneciklerin meydana gelmemesi halinde gii<; knllamm1 siir'atle artmadrgr igin, kapah devre ogiitme metodu, herhangi bir lonc1 igin de faydah olmakla beraber, normal olarak <;ok ufak tanecikli iiriin veren maddeler igin en onemli uygulama alamdrr. Bu gibi duru~larda <;e§itli tipteki elekler en az etkili ohnakta ve bu seb~ple, kapah devre ogiitme metodunda, krrma ve ogiitme operasyonlan bir srv1 alom1 altmda yaprlmakta ve bunlan, ge§itli tipdeki ya§ ayrrma cihazlan (krsrm 14.18 den 14-20 ye kadar oJan losrmlara balomz) izlemektedir.
temini diyagramatik olarak goslermektedir. Diyagramda, boru degirmeni ve Dorr srmflandmcrsmdan ba§ka, kaba ve orta biiyiikliikteki ogiitmeler igin, diger tip loncrlarm da yer almakta oldugu goriilmektedir. ADLANDIRMA
=
mtl. yeni yiizey iyin gerekli i~. kgr-m C = teorik kapasite, m'3jsaat; bir sabit D = silindir 9apt, m; kiib kenanmn uzunlugu, m; tanelerin ilk biiyiiklli&ii d silindir arast uzakh&m yansx, m; ktiyi.ik kliblerin kenar uzunluSu; tanelerin son btiyiiklii8ii K = ger9ek bir tanecik alamnm, aym boyutlarn. sahip kiib alamna oraru; bir sabit N = silindirin donme h1Z1, rpm (donli!/dakika)
.!J
=
n
= oran
•
796
797 Q = Ozgiil a~trhljt s olan maddenin kapasitesi, tonjsaat R = O~Utiilecek tanelerin yanc;apt
= gii!;, silindir yanc;apt s = Ozgiil n&trhk u = silindirlerin c;evreSel htzlan, mjsaniye r
w
e, f, t, m, n, r
= silindir ylizUnUn = kuvvetler
geni!}li~i,
·m
Bolum 16
Yunan harfleri
a. = ac;t p,
KAT! LARIN TASINMASI
= siirtiinme katsaytst PROBLEMLER
geni~li~e sahip silindirlerden mey~ Bu silindirler, silindirler arasmdaki en kii9iik ac;tk.hk 1,25 em olacak ~ekilde yerle~tirilmi$lerdir. Cihazm yaptmctst, silindirlerin 50 ita 100 rpm (dOnii~/dakika) hi.Zla c;a~ h$tlnlmasmt tavsiye etmektedir. Bu silindirli kmctnm Ozgiil a&trh8t 2,35 olan kayalan klre mast istenilmekte olup, klstlfma ac;tst 30° dir. Kmlacak olan maddenin mlisaade olunan maksimum taneCik bliyUkliigii nedir ve gerc;ek kapasite teorik kapasitenin o/o 12 si kadar' oldu· §u takdirde; ton/saat olarak, maksimum ger!;ek kapasite nedir? ·
lS..l. Bir seri ktrma silindirleri, 1 m c;apa ve 38 em
dana
gelmi~tir.
15-2. Problem 1 de adt g~en silindirlerin uzun bir zaman kullantlmalart sonucu yUzeyleri pliriizlenmi~ ve ktstlrma agtst 32°30' .olmu~tur. Bu durumda, ktnlacak taneciklerin mtisaade olunan maksimum tanecik biiyi.iklUAU ve kapasitesi nedir? 15-3. Yumusak bir madde olarak smt.flandmlabilen bir maden filizinin 250 ton/saat kapasite ile kmlmast istenilmektedir. Ktnlacak :oargalann bUyUklU~U. o/o 80 i 40,5 em delik a!;lkh~mdafi ge!;ebilecek kadardtr. Driinlin bUyUk..~JU ise, o/o 80 i 7,5 em delik agtklt~tndan ge!;ebilecek kadardtr. Hangi tip ktnct kullantlmahdtr? Kmlacak maddenin her tonu igin ge· rekli gUcU hesaplaytmz.
16-1. Konuya girl~. Kati!arm ta§mmasi, aki§kanlann ta§mmasi ile ay• m derecede onemli olan bir operasyondur. 1ster biiyiik pargalar, ister ogiitiilmii§ lane veya toz halinde olsun, esas1 kal! olan maddelerin fabrika i~erisinde veya fabrika di§mda bir yerden diger bir yere gonderilmeleri (la§mmalan), bu biiliimiin konusunu te§kil eder. Miimkiin oldugu takdirde, baz1 kat1 maddeler ince toz haline getirildikten sonra, bir aki§kan tarafindan ve suspansiyon halinde de ta§mabilirler. Bu maksatla cihaz segimi, gok say:tdaki faktiirlere baghd1r. Bunlar arasmda en onemli olanlar, liizum\u. kapasite, maddenin §ekli ve lane biiyiikliigii, maddenin yatay, dii§ey veya egimli bir dogrultuda ta§Imp la§mmayacai1;J gibi konulard1r. Herhangi bir amagla kullamlan cihazlar, bir hesaplama sonucundan gok, endiistriyel tecriibelere dayamlarak projelendirjlmektedirler. Buhun ba§hca sebebi, ta§mmasi istenilen maddelerin gok ge§itli i;izelliklei gostermeleri ve ta.§Imanm, gok ge§itli prosesler igerisinde yer almasidir. Gok onemli konveyorle. rin bir k1smmm, uygun bir simf!amasi a§agidaki gibidir. 1. Kayt$h konveyOrler 2.
Zincirli konveyOrler StY:trmalt (kaitmalt) konveyOrler Tablah konveyorler Kovalt konveyOrler (d) Kovalt elevatOrler
(a) (b) (c)
3. Vidah konveYOrter 4.
PnOmatik konveyOrler
16-2. Ka.YI~h konveyorler. (ta§Ima bandlan). Kayi§h konveyor esas olarak gok basit bir cihazd1r. Dzerinde kati maddenin ta§mdlgi so11suz bir kay:t§tan ibarettir. Buntmla beraber gerQckte biiyiik boyutlara sahip kay:t§h konveyor, oldukga kari§Ik bir yap1ya sahiptir, konveyorii meydana getiren hirimier gok ge§itli §ekillerde yapilabilirler; bunlarm projelerinin hazirlar,masi ve
1
I
799
798 par~alarm
montaj1 konuyu iyi bilenler igin dahi bir problem olmaktad1r. KaYI§h bir konveyiir §u klSlmlardan meydana gelmektedir: birincis~ ka}'l§m kendisi; ikincisi, ka)'l§I hareket ettiren par~alar; ii~iinciisii destekler ve diirdiinciisii, gerginligi 3aglay~n par~alar. Bunlara illlveten, ka)'l§h konveyiir elle doldunilup bo§altilmadigi (lm daha ziyade paketlenmi§ rn,addeler i~in yapi!Ir) takdirde, yiikleme ve bo§altma cihazlatma da ihtiya~ vard1r. 16-3. Kayt!,l (band) yapts!. En yaygm ka)'l§, lastikten yapllrru§ olanlardir. Bu ka)'l§lar, birka~ kat yelkenbezinden meydana getirilmi§ bir gekirdek :veya ~atk1 k1smma sahip olup; bunlarm her biri, lastikle emprenye edildikten sonra yine lastikle birbirlerine yapi§tmlmi§lardir. <;atkmm iizerini kijplayan lastik, bunlarm birbirlerine yapi§masup saglar. 'Ost kaplama gene! olarak alt kaplamadan daha kalmd1r. Kimyasal tesirlere, yiiksek temperatiir<> (120°C kadar), olduk~a fazla olan a§mrnaya kar§I koyabilecek olan iizel bir lastik kullamhr. Giivenli ~ah§ma gerilmesi her kat i~in 450 iii\ 715 kgr/m olabilir. l20°C derecenin iizerinde siCakhklar igin iizel olarak yap1hn1§ ka)'l§lar bulunabilir. lplerden yap,Jmi§ bandl~r. yap! balammdan ip dokulu otomobil lastiklerine benzerler. tpler, ~atla)'l meydana getirmek amaCI ile tamamen laslik igerisine gomiilmelidirler. Yaygm olan §ekil, pamuk ipliklerinin kullamlmasidu; daha fazla mukavemet isteyen i§lerde, naylon iplikler knllamlabilir. tplikten yapllmi§ bandlarm giivenli gah§ma gerihnesi her kat igin 980 ilil. 1.760 kt;r/m olabilir. En kuvvetli (ve en pahab) kayi§lar, pamukln dokuma yerine, ~eli!. tel kullarularak yapi!anlardir. Bu §ekildeki kayi§larm giivenli gah§ma gerilmesi her kat i~in 54.000 kgr/m olabilir. 16-4. Kayt!>h konveyorlerin !)ah!,ltmlmast. Sekil 16-1 de, ka)'l§h konveyiirlere ait Qe§itli gah§ma tipleri gosterilmektedir. Bunlann .igerisinde en basit olam, herbangi bir gii~ kullamlarak gali§tmlan, ~Iplak kasnalia sahip olan tiptir. tletilmesi gereken giiciin, ka)'l§m kasnak iizerine siirtiinmesi il!' saglanabiIecek kadar dii§iik olmasi halinde, bn metod iyi sonug verir. Bununla beraber bu tip ~ah~mada, hem kayi§ ile kasnak aras!IIdaki temas yiizeyi ve hem de siirtiinme katsa}'ISI kii~iiktiir. Bu tipin biraz geli~tirilmi§ · §eklinde h>nak yiizeyi, siirtiinmeYi artirmak amaCI ile, lastik veya deri ile kaplanmi~tir. !ster ~1plak ister kaplanmi~ kasnak kullamlsm, hareketi saglayan kasnalim hemen arkasma avara kasna!li konulmas1, temas a~Ismi 180° den 200' ye yiikseltir. Bu diizenin gii~ ihtiyaCim kar§Ilamadigi yerlerde, bir kasna!ii dolanan ka)'l§lll ikinci bir kasnag1 dolanmaSI sureti ile meydana getirilen ve her ikisi de hareket kasnalit olan ve seri baglama (tandem) olarak adlandmlan bir diizen uygulamr. Ka)'l§h konveyorlerin 9Rh§tmlmalan, her ne kadar bo§altina yapi!an ucundal
bir. gerilmenin meydana gelmesine sebep olur ve ancak gerektigi yerlerde laiilamhr.
•
(~~)
Call$tlran kasnak 0
0 Cal1~t1ran
0
('--")'----- -----
(J
kas nak
·-----=Qd kasnak I"''~" Cal1~t1nlan
(avare kasnag1)
~
Ard~s; konmu~ motor
Otomatik ___.., , .;ekim kasnag1 C) Sekil 16-1.
Kay1~h konvey6rlerin ~ah~tlnlma tipleri.
16-5. KaYI§h konveyor destekleri. Ka)'l§ destekleri gene! olarak bir §aft tarafmdan ta§man silindirlerdir ve bunlara avara silindirler! denilir. <;ok ~e§itli §ekillerde yapilabilirler. Bunlar igerismde en pah;th olanlar, basmgh yaglama tabancas1 ile donatihm§ alan ve silindirli yataklar iizerinde ta§manlardir. Daha ucuz. olanlar ise burglar iizcrinde ta§Imr ve gres yagdari!an ile yaglan1rlar. Avara silindirlerine gene! olarak oluk §ekli verilmi§tir. Bu suretle kay•§, merkezde yatay ve kenarlarda ise egimli bir §ekil ahr, Bu diizenleme s..yesinde, belirli geni§likteki kayi§m her metresi, maddenin etrafa sag1hnasma sebep olmaksizm, daha ~ok madde ta§Ima imkilmm bnlur. Kayi§m geri donii§ii daha ~ok diiz, oluklu olmayan, silindirler iizerinde ta§m~rak saglamr ve bunlar baz1 hallerde iist avara silindirleri ile aym tabana otuttulurlar. Kayi§h ta§Iyici!ara ait avara silindirleri §ekil 16-2 de gosterilmektedir.
Sekil 16-2.
KayJ.',dt konveyOrlere ait avara silindirleri.
801
800
16-6. KaYJ§h konveyor gergfieri. Yiik veya hava (ozellikle h:wa temperatiir ve rutubetinde meydana gelen degi§meler) degi§imler~ herhngi bir konveyorde fakat ozellikle k1sa konveyorlerde, kay!§ uzunlugunun degi§mesine
~
A-A kesiti
sebep olur. Ka}'l§I gergin tutacak tedbir ahpmayacak olursa, bu degi5ime e§it ohnayan bir gerginligin dogmasma sebep olur. Bu sebeple, her §art altmda ka}'l§ gerginliginm aym kahnasm1 saglayacak, kantarma veya gergi kullamlmahdrr. Sekil 16-3 yaygm bir §ekilde kullamlan gergileri gostermektedir. En basit gergi, bir vida boyunca hareket eden dOkme demirden bir yataga sahip· tir. Bu ag,rhk diiz bir yatak kutusunu ta§Imaktadir. Sekil 16-Sa da gosterilen tipde, iki adet sabit dayanma bloku arasmda yer alan ve bir ko§ebent demiri iizerinde hareket eden, iki pargah mil yatag, muhafazas1 vard1r. Bu ve buna benzer tiplerde, on veya arka (tercihan ikincisi) kasnagm §aft! bu gergilerin bir ~;iftine yerle§tirilir ve elle {!ah§tmlan bir gergi vidasmm dondiiriilmesi ile istenilen gerginlik saglamr. Sekil 16-Sb ve c gerihneyi saglayan hirer ag1rhga sahiptirler; bunlarm gah§masi, §ekilden a{!Ik{!a goriilmektedir
16-7. Yiikleyicller (besleyiciler). Kn}'l§h bir konveyor u;m en basit yiikleme metodu, yiiklemenin bir huni ile yap!lmas1 §eklindedir. Huni ile besleme yapiirugi takdirde huninin yan yiizeyleri, maddenin egik yiizey iizerin· deki akma luzi, ta§I}'lci iizerindeki ta§mma lnzma e§it olacak §ekilde, bir egime . sahip ohnahdir. K1sa ka}'l§h veya levhah konveyor (klSlm 16-8) gibi daha kafl§Ik yaptll yiikleme metodlarmdan ba§ka sarsmtih elekler, doper si!indirik yiikleyiciler, ileri geri hareketli plakaya sahip yiikleyiciler ve doner vanah yiikleyiciler vardrr. Bunlann bir lasm1 §ekil 16-4 de gosterilmek\edir .
..
..
c ~ll 16-13. Kay 1 ~ 1 konveyor gergileri: (a) kojebent ~er~ve; (b) yatay a~rrltk11 gergi; (c) dtiI"Y ~~rltklt ·gergi. 1. <;atalta!1 -
Kimya MUhcndisliginc· Girl~
.-.
803
802
16-8. Bo§Sltma metodlan. Ka)'l~h bir konveyorde_ kullamlacal. bo~lt ma metodu, bo§altmamn konveyiiriin sonunda veya ara brr_ noktada yaplima: sma. aynca, bo§altmamn depoda sadece bir noktaya veya silonun her noktast ~a ~aptlmasma baghdtr. Bo~altmamn, kayt~h konveyoriin diger ucundan ya· · halinde bir kiSim ozel cihazlara ihtiya9 hilsli o!ur. Bu metodlan ~u §e· pi1mas> , . _, ·( ) d · · · k ki kilde SJialamak milmkiindfu: (1) ·kaZJywtlar (stymcuar), 2 .. evmct asna , ar, (3) serbest bnakma diizenleri ve (4) mekik (vargel) konveyorler.
s1ymcllar, isminden de anla~tldtgi gibi, ta~t)'lCI kar:~m. bir k~narm~an diger kenarma kadar uzanan, ko~elemesine konulmu§ metalik bn plak.dan tba• rettir ve maddeyi bir yone yonelterek, bo~altma yapar. Devirici kasnak, ka)'l~~ ta~)'lCtdaki normal ta~Iyictlardan birinin yerini altr yalmz, bu kasnag;~ mill egimli oldugu ; 9;n madde, devirici kasnak iizerinden ge9erken kayt§m brr kenarma dogru kayar. Bo~altmanm, belirli bir noktadan 9ok ka)'l~m oldnk9a ~z~n bir ktsmi tarafmdan yaplimast ve kayt~m bu lasmtmn, yauk durm'.ISI sebebt 1le bu metod iyi sonu9 vermekten uzakur. Bo§altma donamm• (~ekil 16-5) esas olarak, bir 9er9eve iizerinde ~er alan A ve B kasnaklarmdan meydana gelmi§tir. Kasnaklar, ka)'l§lll k.sa btr lasmi
~kil 16-5. Bofevirme kasna~t; C, ~altma olu~; D sUrtlinme ile hareket vereQ kasnak; E, hareket zincirleri; F, hareke.t ~ark.t; G, H. s~.. m'e kasnaklan; J, siirtiinme kasnaklarma ait dtizenleme kolu; K, sUrtiinme kasnajt eksentri~i; L,
kilit; M, kilit kolu.
arkaya katlanacak ~ekilde yerle§tirilmi§lerdir. Ka)'l§ iizerinde ~§altn~a. don~ mmma nla§an IUadde, ka)'l~h ta~IyiCmm sonunda ka)'l§rn ters ~o-~~s1 il~ doliiiliir, dokiilen madde bir oluk }ardtlUlyla alm1r, bir veya her ~ yone gond:rilir. Bo~altiUa donantmlan sabit, kendinden hareketli veya el ile hareket etti: rilen tipde olabilirler. Hareketli bo~altma diizenleri, ta§tma kay1§mrn ~e~~an~ bir noktasmdan bo~altma yapma olanagma sahiptirlcr. Ka)'l~h konve}orun bn
kenart bo)'llnca, i~;lerine maddenin bo§altt!acagt kamyon veya vagonlar bwunmaltdrr. ::!ekil 16-5 de, ka)'l§lll kendisi tarafmdan sa~lanan gii~;lc 9ah§llrlian iizel bir bo§altma diizeni gosterilmektedir. Siirtiinme kasnagt D, zincirler E yardilUl ile hareket 9arklllrma F baglamrlar. Siirtiinme kasnagt D, J diizenleme kolu ve K eksentrigi tarafmdan B silindiri ile aym §aft iizerinde y<>r alan G kasna~ma veya A silindiri ile aym ~aft iizerinde yer alan H kasnagm~ bastmlacak §ekilde yerle§tirilir. Boylece, bo§altma diizeni her iki yone dogru hare· ket edebilir. Diizenin sabit kalmasi istenilecek olursa bu, M kolu ile harekete getirilebilen L kilidi tarafindan saglanabilir. Bo§altma diizeni, silonun bir noktasi doldurwacak §ekilde yiineltilir ve sonra diger bir noktaya 9evirilebilir. Diger bir metod, bir durak noktasma 9arpma sonucu otomatik olarak ters ~;evri lecek §ekilde, J kolunun diizenlenmesinden ibarettir. Bu durumda bo§altma diizeili, silonun uzunlu!i;u boyunca devamh olarak ileri ve geri harekct eder.
Mekik (vargel) konvey&, yer degi§tirebilir yaptda alan kiSa bir konveyiirden ibarettir ve gene! olarak, esas ta§IYJCiya dik bir §ekilde hareket eder. Mekik ta§I)'lcmm tiimii, dolduracagt silonun iizerinde ileri ve geri hareket eder, konveyi:irun harelmt yonii degi§tigi zaman otomatik olarak kayt§rn hareket yoniinii degi§tirir.
16-9. KaYJ!Ih konveyorlerln projelendirllmesi - kaYl§m genl§Hgi ve hlZI. Kapasitesi biiyiik alan kayi§h konveyiirlere ait tiim projenin haztrlanmas~ bu alanda tecriibeli kimseler tarafmdan yaptlmahdn. (;iinkii bunlar pahah kurulu§lardtr. Bu sebeple, dikkatli bir §ekilde projelerinin hazulanmas1 ve yaptlmalari gerelanektedir. Bununla beraber bir i§letme' miihendisine, hesaplamalar i9in liizumlu bilgileri verebilecek, basit prensiplerin ogretilmesi miimkiindiir. Kayi§h bir konveyiiriin kapasitesi iki faktor tarafmdan tilyin ve tesbit olunur. Bunlardan ilki, yiiklenen maddenin kesit alam ve ikincisi, kayi§m luz1dir. Yiiklenen maddenin kesit alaln iic faktor tarafmdan til.yin olunur. Bunlar strast ile kayt§rn geni§ligi, kayi§rn §ekli (yiizeyi diiz veya piiriizlii) ve ta~macak maddenin tanecik biiyiikliigiidiir. Oldukca ufak taneli maddeler i9in yiiklenen madde, uygun· bir '§ekilde yiikleme yaptldtgt takdirde, muntazam bir k~sit alam gosterit. Madde biiyiik parcalar ihtiva eder ve ozellikle, ~arkh biiyiikliikte parcalardan meydana gelirse, dar kayi§tan kolayhkla yuvarlanarak dii§er. Kayi§h konveyor yapan her fabrikator, konveyor biiyiikliigiiniin ve giic ihtiyacimn hesaplanmasmda kullamlacak diyagramlan yaymlar. Bu konunun ilk adimtm te§kil eden, kay!§ geni§ligi ve luz1, §ekil 16-6 daki diyagr"i' yard1m1 ile bwunur. DiyagralUln kullamh§mda ba§langt~; noktus1, ta~macak maddenin ton/saat olarak kiitlesel debisi ile solda veya ta§macak maddenin, m•jsaat olarak volumetrik debisi ile iisttedir. Bilinen bir degerden ba§lamak sureti ile
804 805 saga dogru yatay olarak ilerlenir ve bn ilerlemeye, maddenin yogunlngunn kgrjm• olarak gi:isteren ki:i~eleme dogrulardan, maddemize ait olan yogunluk dogrusuna kadar devam edilir. Bundan sonra, maddeniizin tane biiyi.Ikliigiinii gi:isteren dogruya vanneaya kadar dii~ey olarak a~ag1ya inilir. Son olarak, saga
.. .,..-
3
m /saat
..
i
~
if
Kay:t§ln geni§ligi · bilzen, yiiklenen maddenin ortalama kesit alamna ait gerQek agrrhk yerine, en biiyiik parQalann biiyiik]iigii tarafmdm tayin ve tesbit olunur. Bu takdirde yukandaki i:irnegimizde yeralan ta§maeak madde, 21 em biiyiikliikteki parQalara sahip olaeak yerde, 9ap1 8,9 em den fazla .:>!mayan veya 12,5 em den daha biiyiik parQa!an bulunmayan bir madde toplulugu olsayd1, kayi§m geni§ligi 510 mm ve luZJ 106 mfdakika olacaktl. Kayi§h konveyi:irler gene! olarak 60 m/dakikadan daha yiiksek bir h1z!a cah§tmlmamahdi(. Gah§ma h!Zl ne olursa olsun, ta~IyJCmm tiimiine ait ilk yatlnm gideri hemen hemen aymd1r. Saatte ta~man madde agirhgi, dii§iik hizlar iQin, yatrrrm giderlerini kar~I!amaktan uzaktJr. Daha yiiksek h1z!a ~al!§an daha dar bir kayi§, aym miktardaki maddeyi, daha dii§iik ilk yatmm gideri ile ta§Ir. Diger taraftan 150 m/ dakika degerindeki luzdan sakmi!mahdrr. Giinkii kay:t§ iizerinde liizumsuz a§mmalarm meydana gelmesine ve aym zamanda ufak taneciklerin kayi§tan UQmasma sebep olur.
•
$::.kil l6-6.
Kayt.$h konveyOrlerin
kayt~ geni~liginin' ve htzmm hesaplanmast i~in diyagram..
dogm ilerleyerek kay}§In hJzl m/dakika olarak bulunnr. Ornegin, yogunlugu 1,602 kgr/m' olan ve 21 em biiyiikliikteki parQalardan meydana gelen bir madpe 225 ton/saat debi ile ta§mmak istenilsin. Bn tak
16-10. Gii!) ihtiya.CJ. Kay:t~h bir konveyi:ir taraflndan kullamlan giiQ lasim!ara aynlabilir: (1) yiiklenen maddeyi ta§Imak iQin gerekli giiQ, (2; kay:t§m kendisini hareket ettirmek i<;>in gerekli gii<;>, (3) avara <;>ark ve kasnaklarmdaki siirtiinmeyi yenmek i<;>in gerekli giic, (4) bo§a]tJna diizenini cah§tlrmak igin gerekli gii<;> ve (5) maddeyi yiiksege kald1rmak (egimli ta§Iy:tmlar takdirinde) icin gerekli giiQ. Biitiiu bn fakti:irlerin tam olarak formiile edilmesi olduk<;>a kan§IktJ;. Ozellikle <;>e§itli siirtiinme fakti:irlerinin bi!inememesi ve kayi§ aitJrhgmm, proje ciziminin bu safhasmda tilyin ve tesbit edilememesJ, kar§Ila§Ilan giidiilderin en i:inemlilerini te§kil ederler. Ge§itli cihaz yaprmci!anDI'l katalog!arinda vermi§ olduklan formiiller Qok say1da basitle§tirmelere sahiptir. Boyle bir formiiliin grafik Qiiziimii §ekil J6-7 de gi:isterilmektedir. biyagramm ku1lamh§mda ba§langi<;> noktas1, sol iist kiSimdaki (kgrjm• olarak ifade olunan) madde yogunlugudur. Bu noktadan ba§lanarak kay!§ geni§ligi dogrusunu kesin~ eeye kadar dik olarak once a§ag1ya ve sonra kay!§ luzm1 (m/ dakika olarak gosterilen) kesinceye kadar 'yatay olarak saga gidilir. Hesaplamanm bu lasmJ, tonjsaat olaraJ( belirtilen kay:t~ y)ikii hesaplamasmdan farkh degildir. KaY,§ h!znu gosteren dogruyla kesim noktasmdan, konveyor uzunlugunu gosteren dogrular ailesine dogru, yatay olarak saga gidilir ve tam yiikleme hal:nde liizumlu olacak giiciin miktan, beygirgiieii olarak, okunur. Sekil 16-7 deki koyu renkli <;>izgi boyle bir problemin ~oziimiinii gostermektedir. 915 mm geni~ligP ve 90 m uzuu1uga sahip olan, 800 kgr/m' yogunluktaki maddeyi 73 mjdakHm h1zla ta§J· yan konveyoriin giic tiiketimi ne kadard1r? Bu sorunun cevab1 12 Hp dir. Bu hesaplama diiz yatakh avara kasnak ve garklanmn .kullamlmasJ halini esas ahr. Makarah yataklara sah1p avara kasnak ve <;>arklan %40 daha az giice
807
806 ihtiyaQ gosterirler Egimli konveyorler takdirinde her m-ton/saat kaldmna iQin fazladan 0,004 hp kadar giice ihtiyaQ vardtr. Miisaade olunan maksimum egim
Tablo Kayi$tn
1~-1
Bir serbest b1raktc1
geni$li~i,
::>
E
::> N
':::>
c -~ '-
~
i~in
Hp
dcgeri
em
Diiz yatak
Makarah yatak
30,5 35,6 40,6 45,7 50,8 61,0 76,2 91,4 106,7 122,0 137,0 152,4
0,75 1,00 1,00 1,50 1,50 1,75 2,50 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00
0,50 0,75 0,75 1,25 1,25 1,25 1,75 2,50 3,00 3,25 5,00 6,00
....
'0
i?:~
>·:;:, ern
o._ .X -
"'en - >.
E.l'5
c
~
Konveyiir uzunlugu, m ~!til 16-7.
Kaytlh konveyor tarafmdan k.ullandan giicUn hesaplanmast i~in diya~ram.
15 il!l. 20• dir. Serbest b1r_akma diizenlerine ait giiQ ihtiyaCI tablo 16-1 de verilmi§tir. ·
16-11. Ka~m aguhgt. Kayi§m geni§ligini bilmek yeterli de/>ildir, aynca kay•§ kahnhgmm bilinmesine de ihtiyaQ vard1r. Kayi§m kahnhg1, maksimum giivenli Qah§ma gerilmesine baghd1r. Bu, her metre gani§lik v~ kayi§m yap•ldij!I malzemenin her kat• iQin tahmin olunabilir. Giivenli Qah5ma gerilmesine ait degerler kiSim 16-3 de verilmi§tir. Konveyorii Qah§tirabilmek iQin, kay•§m kasnaklar iizerinde kaymas1ru onlemek amac1 ile, belirli bir ba§langtQ gerilmesinin kayi§a verilmesi gerekmektedir. Konveyor yiiklendigi zaman, §U gerilmelerden olu§an bir gerilim altmda ta§Ima yapar. Bu gerilimler §uclard1r: (a) ba§langiQ gerilmesi ve (b) kullamlan giice e§deger gerilme. b gerilmesi net gerilme olarak dii§iiniilebilir ve a+b, total veya tiim gerilmedir. Ta§tma operasyonunda gerilmeyi he•aplayabihnek iQin, ba§langiQ gerilmesinin bilinmesi gerekmektedir. Bu, diger bir deyimle, ka)'llla)'l onlemek amac1 ile, yiiksek bir ba§langiQ gerilmesine ihtiyaQ olmas1 demektir. Liizumlu giiciiti miktan onceki kiSimda aQiklandigi §ekilde hcsaplanmt§ ise, net kayt§ gerilmesi a§agtdaki §ekilde bulunabilir. . k . verilen giiQ, kgr-m/dakika = net ayi§ gen1mest kayt§ htzt, m/dakika
-~=-~
_.:.:___.:::.--;-;.:..,.,:;--
Htz iletim oram (transmisyon oraru) a§agtdaki §ekilde tammlanacak olursa.
. . a+ b Htz iletun oram = -bbu orandan ve bilinen net kay•§ gerilmesinden faydalamlarak, tiim kayt§ gerilmesi bulunabilir. Tiim gerilme ve bilinen kayt§ geni§liginden, kayt§ geni§liginin
809
808 Tablo
16-2
Hzz iletim oram 1,875 1,500 1,250 1,125
{:alr$1Jrma tipi
Tek, Tek.
~1plak
kaplanmt~
Cif~ ~1plak
Cift,
kaplanD,li~
1. Yumu~ak soklilebilir zincir 2. Yumu$ak pimli zincir (a)
DUz (basil)
(b) (c) (d)
Kenetli Dfiz bu~lu Ley bur~lu
(e)
Makarah burca sahip olanlar
Testere tala~t tru;tma. aktarma yapma vs. mak.sadt ile kullantlan Ozel yapilt$lt zincirler 3. Kombine (Universal) zincir 4. t;elik zincir (a) Buz zinciri (b) YaSSI ve yuvarlak (c) Mak.arah burca sahip alan (d) Diiz kenarh, uzun arahkh (f)
her metresine a1t gerilme bulunur. Bilinen bu deger ve kayi§Ill tipine bagh olan, her kat ve her metre i~.in giivenli 9alr§ma gerilmesinden, liizumlu katsayisi dogrudan dogruya hesaplanabilir. Kayi§In kalrnhg1 geni§ligine gore 90k a>· ise, kaY!§ avara silindirleri arasmda bel verir (sarkar). C:ok kahn oldugu takdirde ise, kendisine oluk §ekli verilemez. Yeterli 9ah§ma limitleri a§agJdaki tabloda verilmi§tir. Tablo 16-3. Kayz$ kalznlz§z, em
30,5 45,7 61,0 76,2 91,4 106,7 122,0
Yeterli
kay1~
kalmhklan
Kat saylSl 3- 4 3- 5 4- 7 5- 8 6- 9 6-10 7-12
Son ii9 kisimda a91klanan 9ozum metodlar1 yakla§Ik 90zum metodlanchr •e sadece tahmin maksad1 ile kullamhr!ar. Bu hesaplamalar tamamlandigl zaman, kayi§h bir konveyor projesinin 9izilebilecegi samlmamahd1r. Tiim bir konveyi:ir projesinin haZirlanip yapi!abilmesi i9in, daha pek 90k faktOriin gi:izoniine almmas1 gerekir. KaYJ§h konveyorlere ait projelerin hazirlani§mda yapiIacak yamlmalar, e§it derecede i:ineme sahip dtgill~rdir. Bunlar.dan bir lasml . kayi§ yiizeyinde fazlaca a§mmamn meydana gelmesme sebep olur. Bir k1sm1 ise konvey6r servisc konulduktan sonra diizeltilebilir. Kayi§ geni§liginin, la§b yacag1 total kapasiteye veya maddenin par9a biiyiikliigiine gore 90k dar ohnas1, · sonradan diizeltilemez.
16-12. Zlncirler. Geni§ ve onemli bir grup konveyor, zincirler veya zincir baglantiian ile yap1hr. Pahah ciliazlar olan ve gene! olarak komple satm alman kayi§h konveyorlerin aksine; zincir konveyorler basil ve ucu~dur, 9ok 9e§itli problemlere kolayhkla uyarlar ve gene! olarak i§ yerinde yap1hrlar. Zin• cir ve zincir baglanti!an konusunda bilgisi olan bir kimse, kendi zekasm1 da kullanarak, 9e§itli ta§Ima problemlerini 90zebilir. Zincirlerin o kadar 90k 9C§itli tipleri vard1r ki, bunlan basil bir §ekilde Sl• mflandirmak 9ok zordur. En 90k kullamlan tipleri a§ag1daki §ekilde simflandlrmak miimkiindiir.
16-13. Yumll§ak s()kiilebillr zlncir. Yumn§ak sokiilebilir ziucir, ta§Ima cihazlannda en yaygm kullamlma alam bulan zincir tipidir. Tipik zincir halkalan ve buri!ara ait bagmtda~ §ekil 16-8 de gosterilmektedir. Sekilden de gorii.Iebildigi gibi, zincir halkalan o §ekilde dokiilmii§lerdir k~ bunlann biraraya getirilmeleri ve sokiilebilmeleri filet kullamhnaks1zm miimkiin degildir. Zincir~ lerin biiyiikliikleri tam olarak standardlandirihni§ olup rastgele sayi!arla biliriirler. Ornegin, bir fabrika tarafmdan yapdan 88 numara zincir halkasmm diger bir fabrika ta:rafmdan yapi!an 88 numara zincir halkasma UYJllaS! gerekir. Her halka biiyiikliigu i9in, yalmz boyutlar bildirilmekle kahnmaz, aym zamanda giivenli 9al1§ma gerihnesi de tablo halinde bildirilir. 3 metrede 133 halka ihtiva eden ve krlamrlarsa yapihrlar. En onemli baglanl! gruplarmm anahtar harfleri a§ag1daki §ekildedir: A. C. D. F. G. K.
Yan ceneler Siirgiiler Makaralar icin miller Dii§ey ceneler Yan 9eneler Zinciriu her iki yanmda diiz 9<;neler
811
810
Bu ba{tlantdarm bir grubu §ekil 16-8 de gosterilmekte olup; ~e§itli kullamlma imUnlarmm varhgrm kendileri ortaya koyarlar. Bunlarla ilgili daba fazla bilgi zincir konveyorler krsmmda verilecektir.
. Or ~
~-a o W' : •
I
'
rn_---- r··
J
0
-
·--·
.
---
'
,I
.
0
o
0
A3·R
·~
I
l
A!!-R
~J) ~~ ~~
~l@ y~~ y~ Kl
05-R
£2
H2
F2
F12·R
619-R
Seki1 16-8. Yumu1ak. sokillebilir zincir i~in baA1antdar.
16-14. Pimli zfuclr. Yumu§ak zincirlerin baglantdarr kendilerini tamamlar. Diger taraftan pimli :iincirler, birbirini izleyen iki halkayt birle§tiren, nyn bir pime sahip ohnal"'r ile kaiakterize edilirler. <;!ab§mamn ~ok sert veya yiikiin gok agrr olmasr halinde, yumu§ak ~oziilebilir zincirlerin yerine pimli zincirlerin kullandmasr daha uyg~olur. Pimin donmesi, gene! olarak,,bir T ba§· hgr veya diiz bir kenarla onlenir . Zincir, zincir di§lisi iizermden ge~erken halka · ba§hgr ile· pim arasmda siirtiinme ~peydana geJir ve biiylece a§rnma; pim halka govdesi i~erisinde doniiyormu§ gibi, geni§. bir alan!' dagrtumr§ olur. <;:ok sayt· daki pimli zincir tipleri §ekil 16-9· da gosterilmektedir. Diiz (basit) zincir takdirinde (§ekil 16-9a) zincir iizerindeki gerilme, .tiunamr ile pimin kaymaya kar§J gostermi§ oldugu direnl.' tarafmdan ta§rmr. Kenetli tiplerde (~ekil 16-9b). govde iGerisine bir girinti yaprhr ve diger halkamn ba§mdaki crkmtr, bu girintiye so~ kulur ve biiylece, pim gerihneden kurtarrlmr§ olur. Bur!llu zincirler ·(§ekil 16-9c) _sertle§tirilmi§ bir burca sahip olup; bu burc halkanm ba§ krsmr igerisine yerc le§tirilmi§tir. Herhangi bir a§mma meydana gelecek olursa bu, hurc ile pim arasmda meydana gelir. Pim dah.t yumu§ak oldugu igiu, &§mma daha ~ok pim· de meydana gelir ve bu, kolayhkla yeuilen!r. Makaralt zincirlerin (§ekll 16-9d) temini de miimkiindiir. Bu zincirler bir zincir di§lisi iizerinden ge~erler ve .bu sebeple, di§ ile halka arasmda ogma siirtiinmesi yerine, zincir di~isinin di§leri' iizerinde yuvarlanina siirtfu:imesi 11!"Ydana gelir. Ley bur~tlu zlncir (§ehil 16c96) ozel bir halka §ekline sabip oll!p; halka dokiimiiniin alt yiizii kesilmi§ ve bu suretle, sailece m§ krslDI settle§t!rilini§ bnr~. zincir di§lisinin di§lileri ile temas9 getirilmi§tir. Biitiin bu zincirier, yumu§ak sokiilebilir zincil: baglantdatma benzer ve ayni gene! diziyi izleyen baglantrlara sabiptirler. Pimli zincirlerin baglantr!al'l, yu· IDU§ak sokiiJebiJir zincir bagJantrJarr iJe ayui ismi ta§Irlar. Oze! ama~larla yapdmr§ ve kenllilerine ozel §ekiller verilmi§ pinlli zincirler vardrr. Tala§ zinciri {§ekil Hl-9/) diye adlandrnlan bir tip zincir, sryrncr konveyor olarak kullamhr. Bir zincir bu halkalardan meydana getirildigi zamau, derin olmayan bir oluk i~erisinde hareket eder ve daba fazla baglanblara ihti· yac gost~r!llel<;sizin konveyor olarak galr§tr. Transfer zincirleri (§ekill£-9g), aga~ rutiikleri gibi uzuit parcalarm ta§mmasmda kullandrr ve bu kiitiikler, .konveyor hareket yoniine dik bir ·dogrultuda konveyore yiiklenirler. Kombine zincir (§e· kil 16-9h), yumu§ak demir halkalarm srralanmasnadan meydana gelmi§ olup; bu halkalar, gelikten yaprhni§ kenar ~ubuklan ile birbirlerine baglanmi§lardrr. Bu yapr tarzr yumu§ak \lemirin a§mmasmt azaltrr ve ~elik kenar cubuklan kolayhkla yenilenebilir.
16-15. ~lik zlnclr. <;:elik zincir, yumu§ak pindi zincire benzer, yalmz kenar ~ubuklan preslenmi§ celikten yapdmr§trr. Bu sebeple ~elik zincir, dokme halkalardan yapdlDI§ zincire oranla daha kuvvetli ve daha agrrdrr. Bunlann ge-
813
812
§itli tipleri §ekil 16-10 da gosterilmektedir. Buz zinciri (§ekil 16-10a), birbirlerinden pullarla (rondelalarla) ayrllmt§ olan bir seri yasst ~ubuklardan meydana gelmi§tir. YasSJ ve yuvarlak zincir (§ekil 16-lOb), ba~lantllan ta§tyan yass1 halkalardan ibaret olup; zincir · di§lisi, yuvarlak halkalar zincir di§lisinin di§lerine uyacak §ekilde yapllmt§tlr. Makara burt;lu zincirin (§ekil 16-10c) yapth§t a~tk· · ~a goriilmektedir. Diiz kenarlt, uzun araltklt zincir (§ekil 16-10d) en kuvvetli ve · en a~1r zincir olup, en a~•r konveyorlerde kullamhr. Gelik zincirler takdirinde, ~elik kenar {>ubuklarma dokiim yilptlarak veya uygun presleme ile per{>inlenerek, ba~lanttlar kolayhkla yaptlabilir. BOylece elde olunabilen ~e§itli standard ba~laytcllar, yumu§ak zincirler i~in kullamlanlardan dalta ufakttr fakat, her ama{>la kullanllabilen ~e§itli tipleri vardtr.
A·A kllsioi
a A
~
A·A kesili
c
.~j
b
n
A·A kesiti
ra E?J
d A""l
A-A
A•'
~
l(llsiti
e
9 bur'~lu; (d)
,,
t'
%5 ~ ~
I)
b
c .
~d
Sekil 16·10. Celik zincirler. (a) buz zinciri; (b) yasst ve yuvarlak zincir; (c) makara (d) diiz kenarh, uzun ara,hklt.
f
Sekil 16-9. Pimli zincirler: (a) dliz; (b) kenetli; (c) dliz (f) tal~ zinciri; (g) transfer zinciri; (h) kombine zincir.
~ ~
;a
makarah; (e) Ley
b~lu;
bu~lu;
16-16. Zincir konveyor!er-kazly:tCI (Sly:tnCI) veya kasah konveyorler. Stymct konveyor, konveyor tipleri i~erisinde en basit ve en ucuz olamdtr. "Ostiin taraflan ilk yatmm giderinin dii§iik olmas1, ~e§itli ~ah§ma §artlarma uyabilmesi, dik e~imler i~in kayt§h k~nveyorlerden daha uygun olmas1 ve biiyiik par{>ah madde.leri ta§tyabilmesidir. Stymc• konveyorlerin sakmcah yonii ise, olduk~a fazla bir giice ihtiya~ gostermeleri ve devamh ~ah§tmldildan zaman tamir ve baktm giderlerinin yiiksek olmastdtr. Bu §artlar, kayt§h konveyor ile kesin ayrthklar gostermektedir. Bu sebeple bunlarm herbiri, birbirlerine Zit te· rimlerle karakterizeledilirler. Bunun bir sonucu olarak, ta§macak yiik a~1r, ta§I· IJacak uzakltk fazla, baktm ve gii~ giderlerine oranla ilk yatmm gideri onemli
815
8i4
degilse, kaYJ~h ·konveyiir kull~mhr. Ta§macak umkhk .bS!I, ta§macak yilk fWif, ilk yatmm gideri onemli ve gllli gided oldukca onemsiz ise, Slytrrol konveylir kullamhr. ' StyifiCI konveyor, ozel QR)l§ma §artlatina kolayhkla·.ve birdenbire uyabil.ir. Bu §ekildeki bir konveyoriin en basit bir tipi §ekil 16'11a da gi:isterilmekteilk. Yumu§ak sokiilebilir bir zincir F -2 oaglantdat~ ile birlikte kullamhr, bn bal!lantdara tahta takoz!ar tutturwur ve buular hep birlikte icazJYJCI)'I meydana ge. tirirler. Konveyor, tahta bir oluk i~erisinde hareket eder. $ekil' 16-lla da fist In.stm ta§tma i§lemini; alt lnstm ise, geriye donii§ii gostermektedir. Bu ·'§i!kildeki
16-1'7. Saymm konvey(IJ.' projellinln h~l. 800 kgr/m1 yogunluga sahip bir madde ir;in, SIYJfiCI konveyoriin kapasitesi ve dolap boYJitlan tablo 16-4 de verilmi§tir. Tablo 164.
St}'lflCt konveyOr kapasitesi
Kasalann boyutlan
Her kasa tarafrndan
madde
em
10,00 X 10,00 X 12,70 X 12,70 X 15,24 X 20,30 X 20,30 X 20,30 X 25,40 X
aJ~rlli•.
tQ.~rnan
kgr
6,80 8,62 10,43 14,06 18,14 27,21 31,75 40,82 52,16
25,4 30,5 30,5 38,1 45,7 45,7 50,8 61,0 61,0
n.,
Diger maddeler i~in kapasite, madde yogunlugu orantll1dtr. SiyJfiCI kon" veyor luzt gene! olarak 30 m/dakika civarmdadrr. Egik olarak r;ah§an bir konveyoriin. kapasitesi, yatay olarak hareket, eden bir konveyor kapasitesinin belirli blr yiizdesi kadardir ve bu yiizde egim ar;lSlna baj!hd1r.
a
b
c
Sekil 16-11. Kasah konveyorler. (a) ynm~ak Zincir, tahta kasalar; (b) asmma sahip £Clik dolaplar; (c) ~ift makarah. zincirler, £Clik dolaplar.
~buklarma
bir konveyor odun tala§lafiDI, yongalarm1 ve diger hafi£ maddeleri ta§Ir ve herhang! ·hir §ekilde, zincirli konveyiirlerde oldugu gibi, tR§man maddede · 'bir zarar meydana getiflnez. Alt lnstm yekpare bir tabana sahip olabilir ve ta§lnacak maddenin zincirle teml\sa gelmesi istenilmeyecek olursa, bu lnstm tR§tma i§imle kullamlabilir. Bu durumda iist klSlm, geriye donii§ Insrmdrr. 1 . Daha ~ati§tk bir yaj:nya sahip konveyorle~, §ekil 16-llb de gosterildigi gibi kasalar icin, r;elik r;err;eve ve a§mma ~ubui)lafl kullamrlar. Bu takdirde ayi!· zincir ve aym baglamalar kulla~t!tr, fakat kasalar r;elik levhadan ibarettir Oluk, levha halindeki .;elikten ve ~er~eve, ko§ebent demirinden yapdrnt§tlf. Pintli .;e makaralt zincir kullanan daha klfl§tk yapth bir konveyor §ekil 16-llc .de g&terilmektedir. Bu r;ift zincirli bir konveyor oldugundan, a)'llt zincir agrrhgi ir;in, 1 digerlerine oranla daha agtr yiikleri ta§Ir. Ta§macak maddenin parr;aetk biiyiikliigii, konveyoriin tipi ve zincir baglantdan giizoniine ahnarak, yuk&fldakilere benzer <;e§itli konveyorler yapdabilir. Ktstm 16-13 de ar;tklandtgt iizere tala§ zinciri, derinligi az bir oluk ir;erisinde hareket eder ve boylelilde bir kouveyor meydana gelmi§ olut.
EAim,
Kapasite, yatay konveyOrlln
derece
yUzdesl o/arak
20 30 40
77 55 33
Gii!i tiiketimi. Zincir iizerindeki r;ekim ilk \llarak, giic;> tiiketiminin hesaplamnasmi gerekli kt!ar. Bu ~eklm, yatay konveyorler i~in, R§agidaki e§itlikle verilmi§tir. (16-1) P = 2WLF + W,LF, Yukmdaki e§itlikte,
P
= -;ekim, kgr-kuvvet
. W = konveyoriin aj!Irhgi (zincirler, kasalar, vs) kgr/m L
= konveyoriin ·tasarlanan uzunlul!n, m
F = zincirin siirtiinme .kathll)'ISI W1 = ta§man maddenin yol!unlugu, kgr/m" F 1 = tR§man madde ile oluk arasmdaki siirtiinme katsa)'ISI (tablo 16-.5 e baknnz)
817 816
Siiriiklenen zincirlerfn siirtiinme katsaym F, metalin metal iizerinde siiriiklenmesi halinde 0,33; metalin tahta iizerinde siiriiklenmesi iQin 0,6 ve makarah zincirler. iQin ise a§a~daki ba~nttdan bulunur.
de tnakaralar {§ekil 16,12b) yer almaktachr. ikinci adtm A baglanttlarma sahip pimli ve niakarah zincirler olacaktir. Daha aglf i§ler ve kaba kullant~lar it;in, tahta cubuklar yorine ~;elik ·plakalar kullamlabilir. Basit tiplerde bu plakalar diiz olabildigi halde, koJ?veyoriin paket halinrleki maddel~ri rlegil 'de gev§ek yapth maddeleri. ta§tmast halinde, plakalann iistiiste gehnesi saglamr. Veya pia-
(16-2) X = metalin metal iizerinde siiriiklenmesi icin 0,33 (yaglanmanu§)
- metalin metal iizerindc siiriiklenmesi iQin 0,20 (yaglannu§) d = makaranm iizerinde dondiigii burc veya pimin capt D = makarruim dt§ capt y = 0,03 Tablo 16-5.
Metal Uzerinde kayan CC$itli maddelerin sUr!Unme falr.torleri Maddenin cinsi BitUmlfi klimfir Antrasit komiirfi Kok lslalr. kUller Kuru kum Kir~ la!l
F
0,590 0,330 0,335 0,530 0,600 0,585
d
R!B:§Wt~
kgr olarak belirlenen zinc;ir cekimi, m/dakika olarak belirlenen zincir lnzt ile carptlacak olursa, kgr-mjdakika olarak zincir di§lisinin giiciinii verir. Motor giicii bundan ·%20 ilil %30 kadar biiyiik ·olmahdtr. Konveyor egimli bir konveyor ve ei\:im actSI « derece ise, (16-1) numarah e§itlik a§a~daki §ekli ahr.
c
~~~r~
l
\~!
(16-3)
16-18. Tablah konveylir (tra.nspor«
~-'li""S;t;!l
A-A kes1ti
P = WL(F cos«·+ sin ex) + W,L(F 1 cos ex + sin«)+ WL(F coscx - sin a:)
t
b
d
\~ c
(
~
~
~
~
M
Ostten gorunus
· ~kU 16-12. Tablah konveyorler: (a) A. baglanlllanna sahip yumu1alr. soktilebilir zincir, z!ncir silrliklenmek.tedir; (b) katllltkh A ve D ba~lanttlarma sahip yumu~nk sOkiilebilir zincir, zincir makarataJ Uzerinde; (c) m:un arallkh, diiz kenarh, makarah zincirlere per~inlenmi~, 31jtrrnah dUz ~ellk plalr.alar; (d) 31/Irma!I preslenmij plakalar; (e) arahkl1 plakalar.
t
t;;ataltll!l -
!Gmya MUhen
F. 52
818 kaJar, zincir di§JiSi iizerinden gecerken, birbirJerini ortecek. §ekilde ~~gun b_ir yancap verilmek iizere prese edilirler (§ekil 16-12d). Bu tip kon~eyor, _pr~t~k yonden bir seri yatay kovalardan (§ekil 16-12e) yapthr. Bu son tlpde __ zlficm~ ic kenar cubugu oldukca uzak bir mesafeye kadar uzamr ve konveyorun btr yanm1 meydana getirir ve boylece daha biiyiik bir kap2site elde olunur.
16-19. Koval! konveyorle~. Derin tablah konveyorler zamanla geli§e· rek kovah konveyorleri meydana getirmi§lerdir. Kovah konveyiirlerin basit tipJeri, t'.zun arahkh, diiz kenarh celik zincir iizerinde ta§man, katlamm§ kenarh: celik sacdan yaptlmt§, derin kovalardan mey~ana gelmi§lerdir. K~~al~r yeten kadar derin yapthm§ olurlarsa, yatay konveyorlere ait kovalarl_a eg~h kon~.e yorlere ait kovalarm yapth§larmda bir fark yoktur. En pahah tipteki konvey~r lerin kullanildtii;t kuvvet santrallan ve diger yerlerde, komiir ta§tmak amac1 ~~, dikkatli bir §ekilde yapt!mt§ kovah konveyorler kullamhnaktadtr. Bu konveyorlerde uzun arahkh ve diiz iki celik zincir arasma, dokme demirden veya preslenmi§ celik sacdan yapilrm§ kovalar, bir mil ile baglamr. Bu kon~eyorler, konveyoriin yatay hareketi esnasmda kovalar birbirlerini a§acak §ekilde yap~•.§· lardtr ve ta§macak madda devamh bir aktm halinde bu kovalara doldurulabilir: Kovalarm mil yardtml ile zincirlere baglam§lart, bunlarm dii§ey dogrul~udaki hareketleri esnasmda, zincirler arasmda serbest bir §ekilde a§thnalarma inlkdn verecek §ekildedir ve konveyiir, bir elevator gibi hareket eder. _Y ~tay. hareket eden bir konveyoriin herhangi bir noktasma kovalan bo§altmak •em btr bo§altlct yerle§ti~ilebilir ve bu bo§altma, kovalarm silonun istenilen bir. ~oktasmda ters cevrilmesi sureti ile yapthr. Bu tip konveyorler, alt hareketlermm sonuna yakm bir noktada, komiir ile doldnrulurlar; sonra komiirii, ko~~r -~i~?larma kadar yiikseltirler ve iist hareketlerinin istenilen bir noktasmda komuru bo§altttktah sonra alt hareketleri esnasmda kiil ta§trlar. Oldukca kan§tk yapilt ve pahall cihazlard;r ve bunlann proje cizimleri kitabtmtza konu olamaz. 16-20. Elevatorler. Kayt§h, Slymeth veya t.iblah bir konveyor, maddeyi bir yerden diger bir yere ta§tdtgt kadar, onu yiiksege kaldt.rmakda da _ku~l~mla bilir. Yalmz ta§man uzakhii;tn, yatay ta§trnaya oranla daha lasa ve.. egtmm~ de ·az olmas1 gerekir. Kayt§h konveyorler 15 illl 20° ve SlytrlCl konve~o~!er ~ .d~n daha fazla egimlerde cah§tinhnazlar. Eger bu egimden dalla _buyiik h•~. egim varsa veya maddenin dik olarak ta§mmast gerekmekte ise, ~ir ems e~eva~or kul" lanthr. Gene! olarak kullamlan elevatOrler, zincirler veya btr kayt§ iizermde ta§man bir seri kovalardan meydana gelmi§lerdir. Kovalar ce§itli tiplerde olabilir ve bu tiplerin bir k•smt §ekil _16-13 de gos• terilmektedir. Minneapolis tipi kova (§ekil 16-13a) hububat ve dtger kuru, toz !ialindeki maddeler icin hemen hemen her yerde kullamlmaktadtr. Yapt§ma
819
ozelligi gosteren maddeler icin derinligi ohnayan veya az olan kovalar (§ekil 16-13b); komiir veya lanlmt§ ta§ gibi agtr ve biiyiik parcah maddeler icin, preslenmi§ celik sacdan yaptlmt§ agtr kovalar (§ekil16-13c) kullamltr.
c ~kil 16-13. ElevatOr kovalan: (a) Minneapolis tipi; (b) tslak veya yapt~kan mnddeler kova; (c) ktnlDll'J kayalar i!;in preslenmi~ ~relik sac kova.
i!rin
Hububat tanelerinin ve yiyecek maddelerinin ta§mdtgt yerlerde elevator miimkiin oldugu kadar temiz tutulmahdtr. Bu maksatla kovalar bir kayt§a baglanabilir. Fakat daha yaygm olan §ekil, kovalann bir zincire baglanmastdtr. K-1 ve K-2 kullantlarak, kovalar bir zincirden ast!abilirler. Baglanttlar, zincir seviyesinin biraz iizerindedir ve boylect, zincir di§lisinin dt§ ugla,n kovanm arka ktsmma vurmaz. Agtr maddeler takdirinde G-1 baglantlh iki zincir kullamhr. BaglantJ!ar, kovalarm ucuna per!;irilenir. Daha aii;tr yiik ve daha agtr §artlar takdir•nde, G baglantilan kullamlabilir ve zincir, yiik altmda e§it olmayan bir gerilme ile kar§tla§bgt zaman, tutukluk onlenmi§ olur. Bu agtr elevatorler, §ekil16-13c de gosterilen, preslenmi§ gelik sacdan yaptlmt§ kovalan, iki adet uzun arahkh diiz kenarh zincir arasmda ta§tmaktadt~. Bu durumda kovalar iistiiste gelir ve bir akt§ borusundan devamh doldnrma yapt!abilir. Hafif maddeleri ta§tyan kovah elevatorler (kayt§h veya zincirli), 45 illl 75. m/dakika luzla cah~ttrtlabilirler. Bu luzdaki cah§brmalarda kovalar, elevatoriin iist ktsmma geldikleri zamaq, ig]erindeki maddeyi ftrlatarak dokerler. Bu sebeple iist zincir di§lisi iiniine bo§altt!an maddenin tiimiinii alabilecek biiyiikliikte bir oluk yerle§tirilir. Agtr maddelerin yiiklenmesi veya dii§iik htzla cah§ttrma gibi durumlarda, miikemmel bo§altma olarak adlandmlan bir bo§alma kullamlabilir. Bu projelendirme §eklinde bir avara zincir di§lisi zinciri, iist zincir di§lisi altmda arkaya do.grn eger ve boylece kova, iist zincir di§lisi altma yerle§tirilen bo~alma olugu iizeriude, tamamen alt iist olur. Dstiiste gelen kovalar kullanan elevatOrlerin agtr maddeler ta§lmas• halinde, bir kovamn arkaSl onu izleyen ikinci kova igin bo§alma olugu olarak gorev yapar ve bu §ekildeki elevatorlei", ii~tteki zincir di§lisini cok kiiciik luzla gecer. Elevatorler, iist zincir di§lisi tarafmdan sabit bir htzla hareket dtirilirler, fakat elevatoriin agtrhgt ve yiik albnda kayt§ veya zincirin uzamast sebebi ilc,
820
821
zincir di§lisinin veya kasnaj~m durumunu degi§tirinek i<;in, elevatoriin all ktsmma bazr cihazlar konulmahdtr. Kovanm doldurulmast ve zincirin sila§tmlmast, gene! olarak bir yapt i.;erisinde birle§tirilir ve bu yapt, korugan adm1 ahr. Tipik elevatOr koruyanlart §ekil 16-14 de giisterilmektedir.
I=
I'"! !;},
demir kullamlmastm zorunlu ktldtgt hallerde, standard bir §afta dokme demir kanatlar (§ekil 16-15c) baglamr. Yapt§kan maddeleri iQin §erit kanatlar (§ekil 16-15d) kullarultr. Kart§tlrma operasyonu iQin ise 16-15e de •gosterilen kesikli
•
JJ.r. rr~'J
"" 0 (
I
v
:........... ) ~
~ekil
16-14. Elevator koruganlan.
Elevatorler, etraflanm saran herhangi bir ortii. olmakstzm <;ah§trrilabilirler. Fakat daha yaygm olan §ekil. elevatoriin tamamt ile ortiilmesidir. 5artlara gore bu ortii tahtadan veya sacdan yapilabilir. Yaygm alan §ekil. elevatoriin tiimiiniin tcck bir ortii alunda bulundurulmast olmakla beraber; bazr hallerde elevatoriin her par.;ast i.;in, ayn bir ortii de kullamldtgt oiur.
16-21. Vldah konveyllrler- ka.natlar. <;:ok ufak tanecikler halinde alan niaddeler ile, hamur halinde alan katilarm ta§tmnasmda kullanilan onenili bir !conveyor tipi, vidah konveyordiir. Bu cihaz esas olarak, U §ekilli bir olugun i.;erisinde yer alan bir §aft etraftna, spiral bir kanadm sarilmast ile meydana getirilmi§tir. Vidayt meydana getiren bu sargtya kanat (§ekil 16-15) adt verilmekte olup; dilimli, helezoni (burmah) veya ozel bir yaptda olabilir. Dilimli konveyor (§ekil 16-15a) ktsa dilliplerden meydana gelmi§ olup; bunlarm her biri daire §eklinde diskler olarak yapthnt§ ve sonra bir yan<;ap boyunca kesilmi§lerdir. Hazrrlanan bu par<;alar, spiral §ekli verilmek i<;in uygun bir §ekilde biikulmii§lerdir. Disklerin .her biri konveyore tam bir donme temin eder ve buulardan isteIlilen kadan bir §afta perginlenir. Buna kar§thk helezoni kanat (§ekil 16-15b), nzun tek bir §erltten yaptlmt§ olup; bu §eride, helezoni bir §ekil verilmi§ ve mer kezi §afta kayuakla baglanmt§tlr. $aft standardla§tlnlmt§tlr ve bunun igin .. katalog numarast 80 alan gelik boru kullamhr. Temperatiir ve a§mmamn dokme
e ..~kil 1.6-15. Vi.dal• konveyor kanatlan: (a) dilimli: (b) helezoni (burmab); (c) dokme demir· (d) ~nt; (e) kesikli kanatlai. '
kanatlar uygundur. Bu konveyllr, standard bir kanath konveyoriin hnat UQ• lartm bir mik~ar kestikten sonra, bu ktsuulart arkaya ktvrrmak sureti ile meydana getirilir. Vidah "konveyoriin en az pahalt ve en basit tipi, vida ktsmt bir biitiin olarak almacak yerde parga parga ahmnasr ve sonra bu pargalarm merkezi §aft ~er~e gegirilmesi ile meydana getirilir. Standard baglama, icerisi bo~ bir §aft iizerme kaynaklarrmt§ ktsa vida ktstnilartndtm (§ekil 16-16) meydana gelmi§tir. Bu ktsmilar, merkezi §aft iizerine geQirilerek tesbit olunqdar. Konveyor §afll
822
823
UQ kisim!annda giiQlendirilmi§ olup, baglama §aftnun bir k1smi mil ucu olarak giirev yapar. Daha pahah ve daha iyi bir §ekilde yapdmi§ konveyiirler iQin da-
Ronveyor bitimi iQin Qe§itli tipde yapdi§larla kar§da§du. Komeyoriin hareket temiu eden ucu (§ekil 16-19) gene! olarak, bo§altma yapan ucundan farkyagl~ma
Sekil 16-16.
ya§lama del igi
deligi
Vidah konveyOr ba&lamalan.
ha kaliteli aslalar, ~e§itli tipde spiraller, Qe§itli oluk yapdi§lari, daha kaliteli ve daha pahah yataklar ve daha. bir QOk· yardimcl parQalar kullamhr. 16-22. Vidah konveyor oluklan (tekneleri). Konveyiir oluk\an (tekneleri) gene! olarak Qelik sac levhalardan yap1hr. Standard lasimlann uzunluklan 2,4, 3,00 ve 3,6 m kadardu. En basit oluk (§ekil16-17a), alt lasm1 ya~nn yuvarlatilint§ sacdan, diiz olan yan kenarlan ise tahtadan yap1hn1§ olandu. Bu tip oluklar iQin Qelik kaplama, sadece kanadm iki yam boyunca ve tahta J
•
• beyaz diikme - demi r bilezik (busing)
b
c ~ekil 16-18. ':idah konveyor askilan: (a) tahta oink igin basil ask1; (b) gelik oink igin par-
~ah yat~ga sahtp askt; (c) dOkme dem.ir burglu askt.
h~u. ~onvey~r. vidasmm hareketi, ·bir konik di§li tarafmdan saglamr. Konveyorlerm her tipmde, uygun olan parQalarm seQimi yatmm giderleri, opetasyonda kar§da§dan zorluklar, ta§macak maddeniu degeri ve problemiu diger iiz Jlikleri giiziiniine ahnarak yapdabilir. e
yag lama
deli§i
$ekil 16-19. Vidah konveyOrlin hareket temin eden ucu.
16-23. idah konveyorlerle ilgill hesaplamalar. nk- probu,m vidamn biiyiikliigii ve mzidir. Maddeler, tecriibe ile kazamlan yiikleme §
824
825
denin konveyor iizerindeki etkisi gozonune almarak, be§ s1mfa aynlabilir. Bu bilgiler tablo 16-6 da verilmi§tir. Kuru kiiller, kmlm!§ kuartz, kum vs. gibi gok a§mdmcl maddeler d sm1fmm yan yiikii ile gah§tmhrlar.
"
,
11
Table 16-6. Yatay ~ah~hnlan vidah konveyOrler i9in kapasite faktOrleri F ::::: madde faktOrii
a smtft maddeler : hafif, ufak taneli, a~mdmct olmayan maddeler, serbest akan, ·~80 ila 640 kgr/m' yogunluga sahip b stmft maddeler : orta agtrltkta, ~mdmct olmayan maddeler, tanecik veya ufak par~alar halinde olup ianeciklerle kan~mt~, 830 kgr/m3 e kadar yogunluga sahip · c stmft maddeler : ~mdmct olmayan veya a~mdmcllt!i;t az olan maddeler, 640 ilil. 1.200 kgrfm' yogunluga sahip d smrft maddeler : .asmdtncth8:t az veya hi!; olmayan maddeler, toz veya pa~alar ile tozlann kanstmt halinde, 830 illl. 1.600 kgr/m3 yogunluga sahip a smtft (F = 1,2)
b smtft
(F = 1,4 iHI. 1,8)
c smtft (F = 2 ila 2,5)
d smtft (F·= 3 il& 4)
~~-. ~~~~ ~-
2
100 -"' a0 ~ 60 -..._
">
~
+
4 0" .
3:(
. -
;;: 2 0
-
Sap, par~ah** Boksit Kemikunu Baklagiller, i~** Boraks Birahk kuru tahtllar KOmlir, toz ve mucur Biraltk ya$ tahtllar Karbon siyaln KOmUr, toz edil~ <;imento Odun komiirll Kakao taneleri** Mtstrunu** KOmlir, elenmi!i Teb~ir Kahve taneleri* ** Pamuk ~ekirdeli;i unu KOmlir, linyit , Kil MISlr taneleri** Un** Kakao** Fluorit Mtstr, Ogtitillmli!i Kire!f, toz edilmi$ Malt** (<;imlenmis arpa) Jelatin, tanecikleri* ** Mantar, O&iitlilm~ Al<;t ~·· kmlmti Kur$UD oksid Grafit yapraklan U!tan kill, temiz Pirin!t** * Kire<;, ufak par<;alt Kire!f, sOnmemi$ Kire!f, sOnmli!i Bugday** Kire!;-ta!,u tozu Slit, kurutulmu$* Asid fosfat, % 7 nemli Kftgtt hamuru K&Stt ktrptnhlan Kum, kuru Tuz, taneli veya toz* Killi $ist, ktnlDll$ Tortu, fabrika arttSt Karata$ (arduvaz), kmlinl$ Sabun, toz edilmi$ $eker, ham Kiiklirt Soda Cinko oksid Ni$asta** ~eker, rafine
-
15
$ap, toz
r;
tavsd,.?Toflm n m
-
1-
"'-' -
.;rr:
**
Maddenin oluk i!ferisindeki yiiksekli8ini kil!tiik tutmak ve dolaytst ile k.apasiteyi azalt~ mak i9in, bazt hallerde c veya d smtflarma ait deSerlerin kullamlmast tavsiye olunur. Ya~stz bur!flar kullanarak maddenin yali; ile temasa gelmesi Onlenmelidir.
$ekil 16-20 de verilen diyagramlar, smu1 bilinen maddelere ait h1z- kapasite bagmtJlarui1 vermektedirler. Konveyore yiiklenen maddenin ortalama tane biiyiikliigunden daha biiyiik pargalarm bulunmas1 halinde, ~ekil 16-20 verilenden bir derece daha biiyiik bir vidah konveyoriin kullamlmas1 gerekir.
~--~ ~
<.<;
~"
~
"'
--
3 4
6 810
Kapasite rrtj saat
•D
30 40 ooeoro 200:3(()400
l
1
8(
lA'
f/
~~" iF'
15
'·"'
I
' qr
2
80 60
lt< 40 30 t:ti;* 2(
"' ~
..,:;:
17
.,.~
'O
:'f 'to
"
~~g~•L i'pa~ii~ "/""ar tav's• e
0
Q~
(,
u,
an ma
"~
(,
..
r 15 ~ d srnr 1 maddeler :i: 10 t0,4 Q Q81 2 3 4 6 810 ~0 3 Kzipas~e. ~jsaat N
Sekil 16-20. Vidah konveyOrler,
~e$itli
200
.
'3fi"~ r'81Ll~ ()~l.(.(,~
(,
*
-iS: (j -.."<$>.
~ -
.
2
h
-
nrflll
,60,81
,
r_r
-
~"
-
N
Arpa**
<§
maddeler
'
.fq)
•
00 i~in
htz-kapasite e8rileri.
X.'
Vidah kanveyi:iriin ~ah~tmlmasi ic;in gerekli giig a~ag1daki e~illikle 1Julunur.
hp
igin, daha fazla giice ihtiyag gosterir ve bu husus, sakmcah yoniinii te§kil eder. Pnomatik ta§Ima sistemleri ile ilgili hesaplamalar ~amamiyle ampiriktir ve sadece cihaz yapimci!armm dasyalarmda bulunabilm faktiirlere sahiptir.
CLWF 4.500
C = kapasite, m3 jdakika L uzunluk, m
=
W = maddenin yagunlugu, kgi/m' F = 16-6 numarah tablanun kalan ba§mdan almacak fakti:ir Goziim, 2 veya daha az hp verirse 2 ile, 2 ila 4 arasmda hp verirse 1,fi ile garpmiz.
16-24. Pnomatlk konveyiirler. Hafif ve hacimli maddelerin ta§mmasmda yaygm bir §eldlde uygulanan bir metod pni:imatik konveyorlerdir. Bu me, tadda madde, ince taz haline getirildikten sanra hava igerisinde suspansiyan durumuna getirilerek ta§Imr. Evlerde kullamlan elektrikli siipiirgeler bu metadun J,erkesce bilirien bir iirnegidir. (:ak <;e§itli sistemler vard1r, fakat bunlann hepsi de, hava aktmi meydana getiren bir pampa veya vantilatore, biiyiik laneJeri aytran bir siklan seperatiiriine, gene! olarak fakat her yerde degil, tozlar1 tutmak ic;in bir tarba filtreye sahiptirler. En basit tipde (§ekil 16-21), siklaidal bir pampa arta derecede bir vakum meydana getirir ve bunun cmme ucu ta§Ima sistemine baglamr. Madde sabit veya hareketli bir nazul yalu ile emilir. Suspansiyan halinde kati madde ta~Iyan hava once, tipi kiS!m 14,11 de ag•klanan, bir siklan separntiiriine ve sanra pampaya girer. Madde igerisinde siklan seperati:ir tarafmdan tutulamayacak ve pompa gah~masm1 engelleyecek incelikte tozlar varsa, siklon seperatorii ile pompa arasma, kiS!m 14-13 de agiklamast yapdan bir torba filtre konur. Bu ta§tmo tipi, hnhnbat taneleri gibi temiz tutulmalari gereken maddeler; toz soda gihi •amrh '· hoc, olmayan maddeler; kur§UU veya arsenik gibi zehirli komponcntkr ihrivu ,<,,, w>. ,,diJmi§ maddele.r ic;in ozellikle knllamhr. Bu metod aynca tahta yonr(a] art. kmutulmu§ pancar kiispesi ve bunlara benzer haeimli maddeler kin de tl)"f(Jmdur. Maddenin ta~mmas1 esnasmda, birkag di:inii§ yapmaSt veva v\ibe;!:o kald.nlmasi gibi durumlarda da pnomatik konveyorler ].·-,11"'"hr. c;;,·.Hi ,Ji«er tip konveyorlerin fiatlar1 anormal derecede yiiksektir. L'E. !i:; h1zl1 ,;.,.,mlerde hava h!Zl 900 ila 2.250 m/dak ve yliksek h1z!I sisteml~;d~ ;.~ 3 non iii\ 6.000 m/dak. olabilir'. Maddenin ozellik ve ag1rhgma, ta§man uzakh.'h 'Hr'denin yiiksege kaldtdmasma ve diger hususlara bagh olarak, 1 ton/s.-•.11 debide madde tasmmas1 iGin 1,4 ilft 5,6 m'/dakika debide havaya ihtiya~ ,·arc],r. Bu sistem diger sistemlere oranla, ta~man maddenin birim kiitlesi 1
\V. Staniar, «Plant Engineering Handbook,» McGraw-Hill h ... Jk Company, Inc. NewYork (1950), klSim 22, sahife 1510-1515.
7
::> :::> ,__
Vl
0 ..0
OJ
>
...E ..X OJ
00
N
00
16-25. Konveyorlerin Imllamlib~ a.la:n!a.r. Ge~itli ozel konveyorler kullamlmakla beraber, tablo 16-7' konveyorlerin kullam~larr ile ilgili hususlarr iyi bir ~kilde ozetlemektedir. Tablo 16-7. Kay~h T~tmayolu
Kapasite, ton/saat, (yognnluk 830 kgrfrri') Htz,m/dak
K.asah konveyOr
Tablah konveyOr
konveyilr
Yatayveya l8°ye kadar egimli
Konveyor tiplerinin kullaruldtgl alanlar.
Yatayveya 25° ye kadar egimli
Yatay veya45° ye kadar egimli
Ko,um zinciri Yatay vtya hafif egimli (5 ila 10°)
2.160
100
360
20
180
30
45
6
100 rpm (donU!/dak.)
Herhangi bir nokh
Herhangibir nokta
B~altma noktast
Son kasnak iizerinden So_.. '.tasnak i.izerinden Olu&un sonundan Olu&un sonundan veya bir kapt ile ara veya bir stymct bir noktadan kullanarak ara bir noktadan
maddelerin
Uygundur
Herhangi bir nokta
Uygundur
Uygun degildir
Herhangi bir nokta
~.
Ozel~Iik
Olu&un sonundan veya bir kapt kullantlatak ara bir noktadan
Uygun degildir
kullamlmast halinde
ta!lmmast -
1
Yatay veya 15° ye kadar e&imli, 90° ye kadar egimle kullantlabilir, fakat kapasite htzla dfi4er 150
Yiikleme noktast
A~mdtnct
Herhangibir nokta
Vidal• konvey6r
-
..
··--
---···-
uYgundur
W. Staniar, op. cit. sahife 1403.
.. '<
" u
""
--
!'It:~
l>'l '<1, t-<" _., ... (') U II ~ ~ U U
«U
~ w:t-11 .,g: ..,'g:""' .!!.~ , = .... '2§-C:'< ..,"0 .
~~Ja,;;
~o;·~, (JQ
"'
~.
c. gJ
:::'
~~::t,..-,..::t,..
>rli'o~
a ::s ';I ;:-'&::!
':g,"'
o
()
~0
~
o:=""
~
s:
:.
2:
~
::tia:o 2:~
~ H
~
l;:
i
n.
13
'""'
~
0: ell
~ .:-· aQ "Q:
~
;
-~
~
•
'e'
00
t<5
TABLO 3a Sivtlann viskoziteleri* Bu koordinatlar Tablo 3b'deki diyagram iizerinde inde~ noktasmm yerini tesbit eder. Temperatiir skalas1 iizerindeki bir noktadan indeks noktasma diiz bir do&ru ~izilir. SaS taraftaki ska1a viskoziteyi gOsterir.
!LAVE TABLOLAR
No.
S1vdar
X
y
15,2 12,1 9,5 12,7 14,5 7,9 10,2 12,6 10,1 11,8 7,5 8,1 12,3 13,9 12,5 6,6 10,2 14,2 20,0 12,3 8,6 12,1 11,6 16,1 12,7 12,3 14,4 !1,2 13,0 13,3 13,3 2,5 2,9 12,7 13,2 14,6 !1,0 12,3
4,8 14,2 17,0 12,8 7,2
TABLO Boyutsuz Gruplar Fanning'in si.irtiinme faktOrU
llP1 g,D u Lp 2 2
Kuvvet say1s1 (vidah kan$11nCI ve Grashof sayJSI
L3p2g~
!J.Z
ilt
t~Iytct i~in)
Prandtl saytst
Pg, pN3DS Ci<
-k-
kaPbm
Kiitle transfer katsay1s1 -G-M
Dup DG D2Np Reynolds sayisi - - • • -~
Nusselt saytsi Peclet say1s1
~
hD T
~
(kan~ttrma
Schmidt say1st
DupC -k-
ic;in)
D~ • D~ P L h h p V
Stanton saytst Cup' • CG
TABLO 2 Gazlann viskoziteleri, santipuaz Temp., -18 0 10 38 66 93 121 149 177 204 232 260
"CI
HavU 0,0163 0,0172 0,0177 0,0190 0,0203 0,0215 0,0227 0,0238 0,0250 0,0260 0,0271 0,02Rl
I
o,
H,
0,00805 0,00842
0,011862 0,00915 0,0096 7 O,Dl017 0,01064 0,01111 0,01155 O,Oll'>H 0,111210 11,01281
r 0,01816 0,1ll919 0,01976 1),0213 <1,0228 0,0242 0,0256 0,0269 0,0282 0,0295 0,0307 0,0318
I
I co
N,
0,01579 0,01665 0,01711 0,()1838 O,Q1960 0,0208 0,0219 0,0230 0,0240 0,0250 0,0260 0.0270
-
0,01561 0,01650 0,01698 0,01830 0,01958 0,0208 0,0220 0,0231 0,0242 0,0253 0,0264 0,0274
co, 0,01283 0,01368 0,014!6 0,01545 0,01672 0,01794 0,01913 0,0203 0,0214 0,0225 0,0236 0,0246
HzO Buhar1
0,01192 0,01296 0,01398 0,014>18 0,01598 0,01695 0,01792 0,01886
Trans. AS~tE. 73:590 (1951)'de Keyes tarafmdan verilen e~itliklerden hesaplanmi~tlr. Yukanda vcrilen dcgerler 1 atm. basmJ¥ ic;in do&rudur. Biiyiik bir yamlmaya dti$Ulmeden 5-10 atm. de&erindcki basm~lar i~in de kullanJiabilir.
I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 IS 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
Asetaldehid Asetik asid, % 1010 Asetik asid, % 70 Aset anhidridi Aseton, % 1010 Aseton, % 35 Alii alkol Amonyak, % 1010 Amonyak, % 26 Amil asetat Ami! alkol Anilin Anisol Arsenik triklorUr Benzen Cilzelti, CaCJ,, % 25 Cilzelti, NaCI, % 25 Brom Bromtoluen Butil asetat Butil alkol Butirik asid Karbon dioksid Karbon sUlfUr Karbon tetraklorUr ~lorbenzen
Kloroform Klorslilfonik asid Klortoluen, orto Klortoluen, meta Klortoluen, para Kresol, meta Sildohcksanol Dibrometan Dildoretan Dildormctan Dictil oksalat Dimetil oksalat
* J.H. Perry bafkanhilmda baz!rlanm11 •Chemical McGraw-Hill Book Company, 1~~<:.
1~,0
I
14,3 2,0 13,9 12,5 18,4 18,7 13,5 14,5 10,9
15,9 16,6 13,2 t5,9 11,0 17,2 15,3 0,3 7,5 13,1 12,4 10,2 18,1 13,3 12,5 12,5 20,8 24,3 15,8 12,2 8,9 16,4 15,8
Engineers' Hanboob, (1950),
,-----·-
833
TABLO 3a Stvtlann viskoziteleri (Devam)
TABLO 3a Stvtlar
No.
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51
52 53 54
55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83
'
Difenil Dipropil oksalat Etil asetat Etil alkol, % 100 Etil alkol, o,o 95 Etil alkol. ~'o 40 Etil benzen Etil bromiir Etil kloriir Etil etcr Etil format Etil iyodi.ir Etilen glikol Formik asid Freon- 1 t Freon- 12 Freon-21 Freon- 22 Freon- 113 Gliserin, % 100 Gliserin, % 50
Heptan Hekzan Hidroklorik asid, % 31,5 tsobutil alkol tsobutirik asid 1sopropit alkol Gazyag• Keten tohumu yag1 (Bezir ya81) Ctva Metanol, % 100 Metanol, % 90 Metanol, -o;& 40 Metil asetat Metil kloriir Metil etil keton Naftalin Nitrat asidi, ri-o 95 Nitrat asidi, % 60 Nitro benzen Nitro toluen Oktan Oktil alkol Pentak.loretan Pentan
X
y
12,0 10,3 13,7 10,5 9,8 6.5 13,2 14,5 14,8 14,5 14,2 14,7 6.0 10.7 14.4 16,8 15,7 17,2 12,5
18,3 17,7 9,1 13,8 14,3 16,6 11,5 8,1 6,0 5,3
2,0
6,9 14.1 14,7 13,0 7,1 12.2 8,2 10,2 7,5' 18,4 12,4 12,3 7,8 14,2 15,0 13,9 7,9 12,8 10,8 10.6 11,0 13,7 6,6 10,9 14,9
Stvtlann viskoziteleri (Devam) No. S4
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94
8,4
10,3 23,6 15,8 9,0 5,6 7,5 4,7 11,4 30,0 19,6 8,4 7,0 16,6 18,_() 14,4 16,0 16,9 27,2 16,4 10,5 11,8 15,5 8,2 3,8 8,6 18,1 13,8 17,0 16,2 17,0 10,0 21,1 17,3 5,2
95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110
l. c;:atal~ -
I Fenol
S1vllar
Fosfor tribromlir Fosfor triklorilr Propionik asid · Propil alkol Propil bromUr Propil klorUr Propil iyodlir Sodyum Sodyum hidroksid, %50 Kalay klorUr Kliklirt dioksid SUI!Urik asid, % 110 Siilfiirik asid, ·% 98 SUI!Urik asid, % 60 Sillfilril klortir Tetrakloretan Tetraktoretilen Titan tetraklortir Toluen Trikloretilen Terebentin Vinil asetat Su Ksilen, orto Ksilen, meta Ksilen, para
~ya MUhendisllline Oir~
X
y
6,9 13,8 16,2 12,8 9,1 14,5 14,4 14,1 16,4 3,2 13,5 15,2, 7,2 7,0 10,2 15,2 11,9 14,2 14,4 13,7 14,8 11,5 14,0 10,2 13,5 13,9 13,9
20,8 16,7 10,9 13,8 16,5 9,6 7,5 11,6 13,9 25,8 12,8 7,1 27,4 24,8 21,3 12,4 15,7 12,7 12,3 10,4 10,5 14,9 8,8 13,0 12,1 10,6 10,9
..
F. 53
834 TABLO 3b
TABLO 4
S!vtlarm viskoziteleri*
Kaynakh ve
temperatur
viskozite santiouaz -tOO
•c
200 190
boru ~ap1 parmalc
180 -
GO
(iu~)
170
10
160
80 70
-
110 100
90
10
28
8 7 G
9
2&
1,72 2,24
0,375 0,640
2,41 3,00
0,475 0,805
17,2 21,3
2,30 2,77
0,850 1,280
3,20 3,73
1.100 1,625
3/4 1
26,7 33,4
2,87 3,38
1,700 2,500
3,91 4,55
2.205 3,250
1 1/4 I 1/2
42,2 48,3
3,56 3,68
3,400 4,050
4,85 5,08
4,470 5,425
2 2 1/2
60,3 73,0
3,90 5,16
5,450 8,650
5,54 7,00
7,500 11,450
70
60
22
'Kahuhk mm
mm
1/8 1/4
10,3 13,7
3/8 1/2
3
H
A~lrhk•
mm
20
30
I
Kahuhk
JO
120
I
Katalog numarasl 40 KataJog numarast. 80 Katalog numarast 120 kg/m
140 130
D1; .;ap
Al}'IThk•
40
15 0
borulann ajultk ve boyutlan (A.S.A. 836,10, 1939)
Katalog numaralan i~Win nominal boru lcahnhklarl ve a_ttrhklarl
Nominal
90
diki~siz
kg/m
I
Kahohk mm
I
Atlrhk• kg/m
4
3 1/2
88,9 101,6
5,50 5,74
11,300 13,575
7,62 8,08
15,350 18,625
3
4 5
114,3. 141,3
6,02 6,55
16,100 21,900
8,56 9,53
22,350 31,000
11,10 12,70
28,310 40,375
6
168,3 219,1
7,10
8
8.1~
28,310 42,615
10,97 12,70
42,615 61,670
14,27 18,24
54,250 90,450
10 12
273,05 325,9
9,27 10,30
60,350 79,815
15,06 17,45
95,950 132,000
21,40 25,40
132,900 187,750
20
.s 0
18
40
Vt6
10
1L
1
12
8:~
14 o.c;:. 16 o.c;:.
355,6 406,4
11,10 12,70
94,315 123,375
19,05 21,40
159,430 204,130
26,97 30,94
219,000 287,570
0.6 0,5
18 D.c;:. 20 o.c;:.
457,2 508,0
14,27 15,06
156,450 183,275
23,80 26,20
254,800 311,410
34,10 38,10
356,110 442,530
24 o.c;:. 30 o.c;:.
609,6 762,0
17,45
254,800
30,94
442,530
44,45
619,850
20 -
0,7
10
10
0- 0
B
0,4
6
C,l
4
02
2
-20 -
00
1' J.H. Perry pany. Inc.
2
4
6
s
10 X
-30
~~chemical
* 1 m uzunluktaki -boru aA1rhA1, kgr/m. D.~. D1~ ~p.
12
14
16
18 20 0,1
Engineers' Handbookn. (1950). McGraw-Hill Book Com-
836 837
TABLO 5 TABLO 5
Celik borulann boyut, kapasite ve a&uhklan (A.S.A. Standards 836.10, 1939) Nominal Kata~ boru log
c;apt,
parmak (in~)
~~ ~ap
l~ kesit alaht,
alanl
noma~ ra~n
Metalin kesit'
mm
cm2
m2
<;evre, m veya yi.izey, m2/m boru uzunlutu
o., I
'~
<;elik borulann boyut, kapasite ve a&uhklan (Devam) Kapasitr-, 1 m/san. i«;in
I Ikgr{saat I lt/dak Su
1/8
40 80
6,83 5,46
0,46 0,60
0,000037 0,000023
0,0323 0,0323
O,Q215 0,0172
2,22 1,39
134,0 83,5
1/4
40
0,81 1,01
0,000067 0,000046
0,0430 0,0430
0,0291 0,0241
4,01 2,78
240,0 167,0
Nomi~nl
boru ~'lpl,
parmak
Katalog numa. ras1
(in~)
~~ ~·P
Meta lin
kesit
I~
kesit
alaol
alan1
mm
cm2
m2
4
40 80 160
102,3 97,18 87,33
20,47 28,43 42,72
0,008212 0,007419 0,005990
5
40 80 160
128,19 122,25 109,55
27,67 39,43 62,56
I
/
<;evre, m veya yiizey. m2/m boru uzunlugu
I o., I
'~
Kapasite, 1 m/san!de
lt/dak
kgr/saat Su
0,3591 0,3591 0,3591
0,3216 0,3054 0,2746
491,8 444,6 358,9
29.510 26.680 21.355
0,01291 0,01173 0,009429
Q,4438 0,4438 0,4438
0,4029 0,3850 0,3450
773,8 716,6 565,1
46.480 43.000 33.910
sn
9,25 7,67
3/8
40 80
12.52 10,74
1,08 1,40
0,000124 0,000091
0,0539 0,0539
0,0394 0,0338
7,40 5,46
440,0 327,5
1/2
40 80 160
15,80 13,87 11,84
1,61 2,06 2,48
0,000196 0,000151 0,000110
0.0671 0,0671 0,0671
0,0497 0,0436 0,0372
11,74 9,07 6,57
684,4 544,2 394,2
6
40
2,15 2.79 3,68
0,000345 0,000279 0,000191
o,r838 0,0838 0,0838
0,0658 0,0592 0,0491
20,68 16,70 11,48
1.229 882 688,8
154,05 146,33 131,80
36,03 54,23 85,94
0,01864 0,01681 0,01365
0,5285 0,5285 0,5285
0,4846 0,4602 0,4145
1.118,0 1.007,0 817,2
67.080 60.420 49.030
8
160
20,93 18,85 15,60
40 80 160
26,65 24,31 20,70
3,19 4,12 5,40
0,000557 0,000464 0,000336
0,1049 0,1049 0,1049
0,0837 0,0764 0,0651
33,41 27,82 20,18
2.005 !.670 1.210
202,72 193,67 173,5
54,17 82,33 141,7
0,03227 0,02946. 0,02352
0,6882 0,6882 0,6882
0,6370 0,6096 0,5447
1.934,0 1.767,0 1.410,0
116.040 106.020
4a 80 160
40 80 160
10
35,05 32,46 29,46
4,''>2 5,68 7,14
0,000966 0,000828 0,000682
0,1326 0,1326 0,1326
0,1103 0,1021 0,0927
56,76 49,56 40,86
3.405 2.975 2.450
254,51 242,93 215,90
76.78 122,1 219,5
0,05086 0,04635 0,03661
0,8577 0,8577 0,8577
0,79S6 0,7629 0,6797
3.055,0 2.782,0 2.198,0
183.~:;
40 .80 160
40 80 160
166.nv 131.880
12
1-.1/2
40 80 160
40,89 38,10 33,99
5,16 6,89 9,22
0,001314 0,001138 0,000907
0,1518 0,1518 0,1518
0,1286 0,1198 0,1067
78,74 68,19 54,40
4.725 4.090 3.665
. 40 80 160
303,22 288,95 257,20
f01,7 167,9 304,1
0 07221 0,06557 0,05195
1,017 1,017 1,017
0,9540 0,9083 0,8108
4.334,0 3.937,0 3.117,0
260.040 218.220 187.020
2
40 80 160
52,50 42,25 42,90
6,94 9,53 14,13
0,002165 0,001905 0,001446
0,1896 0.1896 0,1896
0,165.2 0,1548 0,1347
129,8 114,3 86,57
7.780 6.860 5.195
2 1/2
40 80 160
62,71 59,00 53,98
10,99 14,54 19,00
0,003090 0,002733 0,002288
0,2295 0,2295 0,2295
0,1972 0,1856 0,1698
185,3 163,9 137,5
11.120 9.835 8.250
3
40 80 160
77,93 73,66 66,70
. 14',38 19,46 27,13
0,004766 0,004261 0,003494
0,2795 0,2795 0,2795
0,2451 0,2316 0,2097
. 285,7 256,2 209,9
17.140 15.370 12.600
40 80
90,12 85,45
17,29 23,73
0,006382 0,005732
0,3191 0,3191
0,2835 0,2688
382,5 344,0
22.950 20.640
3/4
1
I 1/4
3 1/2
so
~4.600
'
i 1
00
w
CX>
TABLO 6 KondensOr ve
lSI
Boru et kahnhkt
Meta lin kesit
<;evre, m veya
ty kesit
yUzey, m2/m
slant,
boru uzunlu~u
Htz, m/san.
Kapasite kgr/saat
Ag.,hk kgr/m
Dl~ ~ap,
BWGvo·
parrnak
ya Stups numa· rast+
mm
mm
mm2
mm2
D•~
~~
12 14 16 18 14 16 18 12 14 16 18
2,77 2,11 1,65 1,24 2,11 1,65 1,24 2,77 2,11 1,65 1,24
7,16 8,48 9,40 10,21 11,66 12,57 13,39 13,51 14,83 15,75 16,56
86,3 70,1 57,3 44,8 94,2 73,7 57,2 141,6 112,2 90,2 69,6
40,2 56,5 69,4 81,9 106,8 124,5 140,3 143,1 172,8 195,1 215,5
0,0399 0,0399 0,0399 0,0399 0,0499 0,0499 0,0499 0,0598 0,0598 0,0598 0,0598
0,0228 0,0266 0,0295 0,0321 0,0366 0,0395 0,0421 0,0425 0,0466 0,0495 0,0520
0,4140 0,2949 0,2400 0,2037 0,1560 0,1339 0,11!18 0,1165 0,0965 0,0851 0,0775
144,7 203,1 219,3 .294,1 384,1 447,5 504,3 514,3 621,2 701,4 774,6
0, 734 0,600 0,490 0,384 0,783 0,632 0,491 1,216 0,963 0,774 0,597
12 14 16 18 11 12
2,77 2,11 1,65 1,24 3,05 2,77 2,11 1,65 1,24 3,40 3,05 2,77 2,11 1,65 1,24 3,40 3,05 2,77 2,11 1,65 1,24
16,69 18,00 18,92 19,74 19,30 19,86 21,18 22,10 22,91 24,94 25,65 26,21 27,53 28,45 29,26 31,29 32,06 32,56 33,88 34,80 35,61
169,2 133,2 106,7 82,0 214,1 196,8 154,3 123,2 94,4 303,1 274,8 252,1 196,3 156,1 119,2 371,0 335,6 307,3 238,3 189,0 144,1
218,3 254,6 281,5 305,7 292,6 310,3 352,1 383,7 412,5 488,7 516,5 539,8 595,5 635;5 672,6 769,2 804,5 832,4 902,1 947,6 994,1
0,0698 0,0698 0,0698 0,0698 0.0798 0,0798 0,0798 0,0798 0,0798 0,0997 0,0997 0,0997 0,0997 0,0997 0,0997 0,1196 0,1196 0,1196 0,1196 0,1196 0,1196
0,0524 0,0566 0,05944 0,0620 0,06066 0,06242 0,06654 0,06940 0,07196 0,07839 0,08059 0,08233 0,08653 0,08937 0,09190 0,09830 0,1006 0,1023 0,1064 0,1093 0,1119
0,0763 0,0655 0,0592 0,0546 0,0569 0,0537 0,0473 0,0433 0,0403 0,0341 0,0323 0,0309 0,0280 0,0262 0,0248 0,0217 0,0207 0,0200 0,0184 0,0176 0,0167
785,0 915,2 1.011,9 1.099,0 1. 052,1 1.116,1 1.265,7 1.369,5 1.483,0 1.758,0 1.857,0 1.941,0 2.141,0 2.284,0 2.418,0 2.765,0 2.893,0 2.993,0 3.238,0 3.406,0 3.573,0
1.452 1,143 0,915 0,7J4 1,830 1,700 1,320 1,060 0,811 2,600 2,350 2,160 1,680 1,340 1,020 3,180 2,890 2,630 2,040 1,620 1,240
(in~)
1/2
5/0
I 3/4
7/8
1
14
1 1/4
1 1/2
•
i~ ~ap,
deB:i!?tiricilet;inde kullamlan boru boyutlan*
16 18 10 11 12 14 16 18 10 11 12 14 16 18
alant
Su (llt/dak' hk debi (1 :n/san. iyin)
++.
htz i~in)
* J .H. Perry
b~kanhgmda haz•rlanml! •Chemical Eqgineers' Handbook> adh kitaptan (sahife 425) k•saltdarak ahnmt$hr. + BWG = cBirminghan wire gage• genellikle demir borular i!(in ku1lanthr; Stubs' = u:Stubs' iron-wire gage. • ile aynt anlamdadtr. ++ Pirincin i:izgiil a8rrh8I = 8,56; demirin ise = 7,8
co w
"'
840
841 TABLO 7a
TABLO 7c
Metal ve alru;tmlann tst iletkenlikleri* k = kgr.kal/(hr) (ni') ('C/m)
t,
oc ························
0
............ ············ DOkme demir ············ DOkme demir ············ (ytiksek silisb) ············ Baktr (sa!) ··············· Kur11un ..................... Nikel .....................
174 83,3 47,6
Alliminyum Pirin~
(70·30)
44,6 333,3 29,8 56,3
Celik (yumu!ak) ......... Celik (paslanmaz) ······ Kalay ····················· Cekme demir (tsve~r) ... Cinko ·····················
*
100.1
I
56,3 96,7
177 89,3 44,6
324,4 28,3 50,6 38,7 14 50,6 47,6 95,2
200
300 I
Stvllann tst iletkenlikleri*
k
I I 400
'C
214,3 230,6 99,7 37
184,5 93,7 41,7
19~
320 26,8 49,1 38,7
315,5 26,8 47,6 37,2
312,5
34,2
32,7 18,5
49,1 44,6 92,3
41,7 87,8
38,7 80,4
34,2
98,2 38,7
600 IErime temp.
500
308
Temperatiirle deji~imin lineer oldugu kabul olunabilir. Baz1 maddeler ic;in degerlerin kullamlabilecekleri temperatiir limitleri verilmi~tir.
600 940 1 275
303,5
31,2
SIVI
231,85 1.505 419,4
k
20 20
0,1473 0,2976
Aseton·
-40 60
0,1577 0,0961
Benzen
20 50
0,1269 0,1178
Karbon tetrakloriir .............. .
-20 50
0,0989 0,0839
Klorbenzen
-40 80
0,1208 0,0999
Etil alkol, % 100 ................ ..
-40 80
0,1607 0,1288
Etil eter ............................. .
-80 20
0,1479 0,1!18
Eti!en glikol ...................... ..
0 100
0,2172 0,2261
30 30 60
0,1!60 0,1205 0,1175
20 75
0,1279 0,1205
·································
60 160
8,3179 10,0440
S1V1 yaB:lar .......................... .
30 35 100
0,1175 0,1014 0,0913 0,0791
-80 20 80
0,1368 0,1159 0,1019
IS 20
0,1101 0,1339
Perry, sahife 456.
Gazlarm tst iletk.enliklt;ri* k = (kgr.kal) (m)/(ni') ('C) (br) Temp.,
'C -
°C
Asetik asid, % 100 .............. . Asetik asid, o/o 50 .............. .
1.260 1.083 327,5 1.452 1.375
TABLO 7b
~
18 0 10 38 66 93 121 149 177 204 232 260
Benzin n-Heptan
Hava
H,
o.
N,
co
co,
0,0194 0,0208 0,0214 0,0233 0,0251 0,0269 0,0285 0,0303 0,0318 0,0334 0,0351 0,0366
0,1357 0,1435 0,1479 0,1595 0,1709 0,1818 0,1923 0,2026 0,2126 0,2221 0,2316 0,2407
0,0197 0,0211 0,0218 0,0238 0,0257 0,0275 0,0294 0,0312 0,0328 0,0345 0,0363 0,0377
0,0194 0,0206 0,0212 0,0230 0,0248 0,0263 0,0282 0,0299 0,0314 0,0328 0,0343 0,0358
0,0187 0,0199 0,0205 0,0223 O;b241 0,0257 0,0273 0,0290 0,0305 0,0320 0,0334 0,0349
0,0113 0,0125 0,0131 0,0148 0,0166 0,0186 0,0205 0,0224 0,0245 0,0266 0,0287 O,Q308
Bubar H,O
C1va
0,0178 0,0198 0,0215 0,0235 0,0254 0,0273 0,0294 0,0314
..............................
Gazyag1
Perk.loretilen
I
.................... .
Toluen
..............................
Terebentin
...........·.............. ·····························
o-Ksilen
•
= kgr.kal/(hr) (m2) ('C/m)
I,
0
Keyes, Trans. ASME, 73: 590 (1951); 74: 1303 (1952)'de verilen "'itliklerden he-
saplaDDllilll'.
*
K1smen Perry, sahife 459'dan; ktsmen di8er kaynak.lardan ahnmt~t:Jr.
00
t;
TABLO 7<1 20°C da ~Ozeltilerin lSI iletkenJiklerF k = (kgr.kal) (m)/(m')"('C) (hr
c; 0 z aD. n
I I I I %5
% 10 'k 15
'k 201 'k 25
0,528 0,538 0,544 0,549 NaOH 0,516 0,517 0,516 0,514 KOH 0,496 0,479 0,459 0,438 HCl 0,504 0,494 0,482 0,470 HNOs 0,507 0,498 0,489 0,479 H2 so, 0,507 0,501) 0,491 0,483 H,Cr04 0,504 0,496 0,488 0,479 H,PO, 0,505 0,495 0,485 0,476 LiCl 0,510 0,505 0,501 0,496 NaC1 0,507 0,498 0,489 0,479 NaBr 0,511 0,507 0,502 0,498 NaNOs Na 2S03 · 0,513 O,S11 0,511 0,510 0,514 0,514 0,516 N.,so, 0,511 0,510 0,507 0,502 N.,s,o, 0,516 0,520 0,525 Na,CO, 0,517 0,520 0,525 0,529 Na,SiOs 0,520 0,526 NasPO, 0,511 0,510 0,507 0 502 NazCrz07
I I l·k so I
0,552 0,508 0,418 0,459 0,470 0,473 0,467 0,467 0,492 0,470 0.494
'k 30
0
0,555 0,501 0,-397 0,447 0,458 0,464
0,556 0,485 0,461
0,4~6
k 40
'k 60 'k 70
I
% 80
I
'k 90
I
'k 100
0,427 0,434 0,407 0,444 0,419 0,437 0,418
0,462 0,458 0,433 0,488 0,477
0,496 0,489 0,467
I
:0,498 0,495 0,488 0,479
Na Asetat · 0,502 0,489 0,476 0,461
KCl KNO, K,so, K,co, MgCI2 MgSO; CaC1, SrCh BaCh AgNOs Cuso, ZnSO, ZnCl, Pb(NOsh Ah(SO,Jg NH,CI NH, CHsOH C2Hs0H Glis,rin
0,505 0,508 0,510 0,511 0,502 0,511 0,508 0,510 0,510 0,508 0,508 0,508 0,505 0,510 0,505 0,500 0,486
0,498 0,501 0,505 0,508 0,492 0,508 0,504 0,505 0,507 0,504 0,504 0,504 0,495 0,505 0,498 0,486 0,459 0,462 0,455 0.480
0,447 0,431 0,489 0,480 0,470 0,494 0,486
0,505 0,482 0,504 0,500 0,501 0,501 0,500 0,500 0,500 0,485 0,502 0,488 0,471 0,435
0,500 0,468 0,500 0,494 0,494 0,495 0,494
0,492 0,456 0,495 0,488 0,488 0,491 0,4l6
0,494 0,473 0,498 0,476 0,456 0,415 0,416 0,401 0,447
0,488 0,461 0,492 0,464 0,441 0,397
0,485 0,464 0,437 0,443 0,480 0,468 0,482 0,479 0,464 0,411 0,480 0,447 0,418 0,486
0,382 0,372 0,318 0,299 0,266 0,236 0,354 0,309 0,272 0,238 0,208 0,418 0,388 0,508 0,333 0,306
0,211 0,184 0,284
0,190 0,162 0,261
0,174 0,144 0,242
* Riedel, Chern. ~Ing.- Tech., 23:62,467 (1951). Riedel'in belirtti8;ine gOre, elektrolitJerin sulu ~Ozelti lerinin di8;er temperatUrlerdeki ISI iletk.enliklerini hesaplamak, ic;in, tablodaki de8;erlerin kwtfkv/2(J degeri ile !;arprlmasr gerekir. kwt• suyun istenilen temperattirdeki Jst iletkenli8i; kwzo, suyun 20°C derecedeki rs1 iletkenligi (0.514).
~
"'
845 844
TABLO 9 TABLO 8
Suyun ve doymu5 su buharmm Oze1Iikleri
Gazlann Ozglil Jsllan, kgr.kal/(kgr) {°Cl
Temp.,"C
-
18 0
10 38 66 93 131 149 177 204 232 260
I
Hava
H2
3,364 3,390 3,395 3,425 0,24~' 3,437 0,241 3,449 0,242 3,455 0,243 3,461 0,244 3,464 0,245 3,466 0,246 3,468 0,247 3,469
0,239 0,240 0,240 0,249
·o,
I
0,218 0,218 0,219 0,220 0,.221 0,222 0,224 0,226 0,228 0,230 0,232 0,234
N, 1 co
0,248 0,248 0,248 0,248 0,248 0,249 0,249 0,250 0,250 0,251 0,252 0,254
0,248 0,248 0,248 0,249 0,249 0,249 0,250 0,251 0,252 0,253 0,254 0,256
* Tempe· ratiir
I
C02! Su buha"
0,190 0,195 0,197 0,20.5 0,211 0,217 0,222 0,228 0,233 0,238 0,243 0,247
0,443 0,444 0,445 0,446 0,448 0,450 0,454 0,457 0,460 0,464 0,468 0,471
-
* Natl. Bur. Standards Circular 461 C: 298 (1947). Havaya· ait degerler. NBS~ NACA Tables of Thermal Properties of Gases Cl949)"daki Tablo 2-lO'dan hesaplanmt}ttf.
·c
BasiD~,
Buharla~ma
mutlak
giz(i ISISI, kgr/cm2* kgr.kal/kgr•
0 1,6 4,5 7,2 10
0,006225 0,007027 0,008557 0,1037
Buhartn Ozgiil
Stvt suyun
SIVt suyun
StVl
yotunluj'u,
viskozitesi
tst
hacmi m3/kgr*
kgr/m3 ·
santipuax••
suyu,n
iletken-
liti.•••
Stvt suyun
Prandtl say1s1,
(kgr.kal)(m) (boyutsu•) /(m2)('C)(br)
0,0125~
598 597,2 595,6 594,0 592,5
206 184 153 127,1 106,3
998,7 998,7 998,7 998,7 998,5
1,786 1,689 1.543 1,417 1,306
0,4857 0,4902 0,4962
13,60 12,76 11,50 10,44 9,50
13 16 19 21 2l
0,01499 0,01802 0,(12139 0,02553 0,03008
590,9 589,3 587,7 586,2 584,6
89,4 75,3 63,8 54,2 40,0
998,5 997,6 996,8 996,5 995,7
1.208 1,121 1,044 0,975 0,913
0,5006 0,5066 0,5111 0,5155 0,5200
8,70 7,98 7,36 6,81 6,32
27 29 32 35 38
0,03564 0,4171 0,04909 0,05707 0,06674
583,0 581,4 579,8 578,3 576,6
39,5 34,0 29,2 25.3 21,9
995,0 994,2. 994,0 992,5 992,0
0,857 0,807 0,761 0,719 0,681
0,5245 0,5290 0,5334 0,5394
5,88 5,49 5,13 4,82 4,54
41 43 46 49 52
0,07711 0.08963 0,10297 (),1190 0,1359
575,1 573,6 572,0 570,3 568,7
19,0 16,6 14,5 12,69 11,26
990,7 989,6 988,8 987,7 986,5
0,646 0,614 0,585 0,557 0,532
0,5424 0,5468 0,5498 0,5528 0,5558
4,29 4,04 3,83 3,63 3,45
54 57 61) 63 66
0,1563 0,1776 0,2031 0,2297. 0,2614
567,1 565,5 563,8 562,2 561,1
9,82 8,68 7,68 6,31. 6,06
984,8 983,4 982,2 980,5 979,4
0,509 0,487 0,467 0,448 0430
0,5588 0,5602 0,5632 0,5647 0,5677
3,28 3,13 2,98 2,86 2,73
69 71 74 77 80
0,2942 0,3333 0,3734 0,4213 0,4700
558,9 557,3 555,6 553,9 552,3
5,41 4,82 4,32 3,87 3,49
977,6 976,2 974,4 972,6 970,9
0,414 0,398 0,384 0,370 0,357
0,5692 0,5722 0,5737 0,5751 0,5766
,.
0,4767 0,47~8
0,5~64
2,62
! 2,51 2,41 2,32 2,24
* Keenan, «Su buhan tablosu):,, American Society of Mechanical Engineers (1936}. ~d,
'''-::*
J. Appl. Phys., 15 :·625·626 (1944)'den yazarlar tarafmdan hesaplanmt$br. Schmidt ve Selleschopp, Forsch, Gebiete Jng:enieurw .. 3:277 · 286 (1932).
•
846
847 TABLO 9
TABLO 10
Suyun ve doymu!] su buhannm Ozellikleri (devam)
Armosfcr basmcma yakm basmt;larda gazlann Prandtl sayilan.l~
Tempe-~ Basm~ ratUr "C
I
Bubada~ma 1I Buhann
mutlak gizli tstsl. kgr/cm2' kgr.kal/kgr'
m3/kgr.;.
1
I I
Stvt suyun Ozglil , yokunlutu, hacmi kgr/m3
S1v1 suyun
Stvl suyun
viz.kozitesi
tsl
saritiyuaz"'~
I
-
iletken
ligi,*""*
I(kgr.kal)(m)
Stvt suyun Prandtl
Temp.,
say 1st,
-
(boyutsuz)
/(m2)("C)(hr)
0,5781 . "0,5796 0,5811 0,5826 0,5841
2,16 2,08 2,01 1,91 1,88
960,3 958,1 956,0 955,2 954,2
0,293 0,284 0,281 0,277 0,270
0,5841 0,5856 0,5856 0,5856 0,5871
1,82 1,76 1,74 1,72 1,67
1,32 1,21 },09 1,019 0,938
951,5 950,2 947,8 .945,6 942,9
0,262 0,255 0,248 0,242 0,236
0,5871 0,5886 0,5886 0,5901 0,5901
1,62 1,58 1,53 1,50 1.46
525,7 521,9 518,1 514,1 510,1
0,863 0,734 Q,628 0,540 0,466
940,3 936,3 931,8 927,0 922,2
0,229 0,218 0,208 0,199 0,191
0.5901 0,5901 0,5901 0,5901 0,5901
1,42 1,36· .1.30 1.25 1,19
506,0 501,8 497,6 493,2 488,7
0,404 0,3051 0,307 0,269 0,236
917,0 911,7 904,8 901,0 895,4
0,185
0,5901 0,5901 0,5886 0,5886 0,5841
1.16
0,5280 0,5868 0,6566 0,7269 0,8104
550,5 548,9 547,2 545,4 543,7
3,14 2,83 2,56 2,32 2,10
969,3 967,5 965,8 964,0 962,1
96 99 100 102 104
0,8944 0,9930 1,033 1,092 1,208
542,0 540,2 539,5 538,4 536,8
1,91 1,74 1,67 1.59 1,44
107 !10 113 116 119
1,325 1.461 1,596 1,756 1,912
534,9 533,5 530,3 529,4 527,4
121 127 132 138 143
2,097 2.491 2,943 3,459 4,047
149 154 160 166 171
4,712 5,46 6,30 7,25 8,30
177 182 188 193 199
9,47 10,76 12,19 13,76 15,49
484,1 479,4 474,5 469,6 464,5
0,209 0,185 0,164 0,146 0,1301
889,4 883,5 877,6 871,4 864,8
204
17,39
459,3
0,1!63
858,4
I
0,5811 0,5781 0,5766 0,5737 0,5701
I
18 II
0,345 0,334 0,323 0,312 0,303
82 85 88 91 93
rc
0,5692
* Keenan. 4tSU buhan tablosu». American Society of Mechanical Engineers (1936). ** J. Appl. Phys., 15:625-626 (1944)'den yazarlar tarafmdan hesaplanmt$tlr. *** Schmidt ve Selloschopp. Forsch. Gebiete lngenieurw ., 3 : 277 - 286 ( 1932).
I
10 38 66 93 121 149 177 204 232 260
I
Hava
H,
tl, 721 0,718 0,716 0,715 0,713 0,712 0,705 0,707 0,702 0,700 0,695 0,694 0,692 1'.688 0,689 0,683 0,687 0,677 0,686 0,673 0,684 0,668 0,682 0,664
I o, I 0,717 0,713 0,711 0,707 0,706 0,71)3 0,703 0,703 0,704 0,706 0,708 0,710
N, 1 co
co,
0,725 0,742 0,772 0,72q 0,738 0,770 0,717 0,737 0,769 0, ';11 0, 731 0,764 0,705 0,727 0,759 0,700 0,724 0,752 0,696 0, 722 IJ, 746 0,692 0,720 0,739 0,689 0,720 0,734 0,688 0,720 0,725 0,686 0,720 0,716 0,686 0,721 0,709
Su buhan
I
1,112 1,103 1,098 1.086 1,073 1,063 1,054 1,045 1,038 1,031 1,025 1,020
( tlUvc tablo 2. 7b vc $'den ahnan de~crlcrle. yazarlar tarafmdan hesaplanm1~t1r.
849
848 TABLO II
Sivt izotermleri
atm. basm~ta benzen - toluen sistemine ait ental pi- konsantrasyon deAerleri*
Bil~im,
benzenin aiuhk fraksiyonu
0 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,00
Bunlar diiz do8ru1ar olarak kabul cdilebilir. Bu sebeple. sadece saf komponcntlerin entalpileri verilmi!1tir.
· Entalpiler, kgr.kal/kgr Doymu~ :s1V1
Doymu$ buhar
48,65 46,43 44,20 42,36 40,87 39,75 38,64 37,81 36,70 35,86 35,03
131,77 131;49 131,22 130,94 130,66 130,38 130,10 129,83 129.55 129,27 128.99
Entalpiler, kgr.kalfkgr
Temp.,
oc 10 38
66 93
Benzen
Toluen
4,28 16,01 28,13 40.92
3,95 15.12 27.45 41,09
* Griswold ve Stewart, Ind. Eng. Chern., 39: 752 (1947).
t.
Catalt~
-
Kimya MUhendisligine
Gir~
F. 54
850 851 TABLO 12 12.6 kgrjcm2 mutlak basmc;ta amonyak-su sistemine ait
entalpi-konsantrasyon deSerleri* Bile{;im, Amonyagm a&1rhk
fraksiyonu
Doymu~
stvi
Doymu!i buhar
0,000 ·0,050 0.100 0,150 0,200
192,38 167,91 145,45 124,10 104,25
665,14 652,02 636,68 625,50 611,60
0,250 0.300 0,350 0,450
87,07 68,94 53,10 38,86 26,97
597,42 593,24 568,95 554,89 540,43
0.500 0,550 0,600 0,650 0.700
17,24 10,06 6,28 4,89 5,84
525.75 510,57 495,34 479,49 463,87
0,750 0,800 0,850 0,900 0,950 0,975 1,000
8,67 12,34 17,18 22,46 28,91 32,53 36,36
446,30 428,56 409,77 389,64 365,29 348,17 308,08
OAOO
hal:
Entalpiler, kgr.kal/kgr
B.H. Jennings ve F.P. Shannon, Refrig. Eng., Mayo (1938), sahife 571. Referans da SJVI su ve 0°C da stvl amonyak.
o:.c
,.,
B. H. Jennings ve F.P. Shannon. Refrig. EnS! .. Mayo ( 1938). sahifc 571.
tLAVE TABLOLAR
852
853
Tablo 14 Tyler'tn standard elek numaras1 El~k nu-
Delik
Delik
mara.st
BfjJith{tt
·~tkhk•
(me~)
inc;.
mm
Tablo
Yumu~ak. sOkiilebilir zincirler
A.;tkhk, iDfj· Telin t;apt ' int;. (yakla,•k)
(Link Belt Co., Katalog 800) Ortalama
... • ... • ... ...
•
2'1•. 3 3'1•. 4 5• 6 7• 8 9'· 10 12. 14 16. 20 24. 28 32. 35 42. 48 60. 65 80.
too 115. 150 170.
200
26,67 C,148 1,050 1 0,135 22,43 0,883 1f6 0,135 18,85 0,742 0,120 15,85 0,624 Sfs 0,105 13,33 0,525 0,105 11,20 0,441 11t6 0,092 9,423 0,371 0,088 7,925 0,312 0,070 6,680 0,263 0,065 5,613 0,221 0,065 4,699 0,185 e,o44 3,962 0.156 0,036 3,327 0,131 lfs 0,0328 2,794 0,110 0,032 2,362 0,093 0,033 1;981 O.o78 0,035 1,651 0,065 0,028 1,397 0,055 0,025 1,168 0,046 '/64 0,991 0,0235 0,0390 0,0172 0,833 0,0328 0,701 0,0141 0,0276 0,589 0,0125 0,0232 0,0118 0,495 0,0195 0,0122 0,417 0,0164 0,0100 0,351 0,0138 0,0092 0,295 0,0116 0,0070 0,246 0,0097 0,0072 0,208 0,0082 0,0056 0,175 0,0069 0,0042 0,147 0,0058 0,0038 0,124 0,0049 0,0026 0,104 0,0041 0,0024 0,0035 0,088 .. 0. 0,0029 0,074 0,0021 I Kaba stntflama ic;in : 3 il8. 1 l/2 inc; ac;tkhk 0,207 3 0,192 2 1 1/2 0,148
,,, ,,,
,,,. ''• ''• ,,,. ''" ''" ',,,.•• ''•• ,,,.
....
.... ,,,, ;
•• 0
.... .... 16• .'... .... . ... .... .... .... .... •••
0
....
Bu eleider daha yakm bir s~mflama i!;indir ve genet olarak, standard seri diye bilinen elekler arasma sokulur. Bu eleklerin sokulmast il~ birbirini izleyen iki eleje ait a!(tkhk ~aplannm orant, 1 : yerine 1 : 4_ 2 olur.
Vz
15
V
Numara~n
25 32 33 34 42 45 52 55 57 62 67 75 77 78 88 103 114 124
'
ac;tlthk,
3 metredeki yakla;tk halka
em
saytst
2,30 2,93 3,54 3,55 3,49 4,14 3,82 4,14 5,86 4,20 5,86
133 104 86 86 88 74 80 74 52 73 52 73 52 46 46 39 37 30
6,6~
5,83 6,63 6,63 7,81 8,35 10,32
Ortalama kopma mukavemeti kgr
318 499 544 590 726 771 1043 1043 1315 1452 1542 1860 2078 2495 2903 4536 5443 7711
3 metrcniu aQuhgt kgr
I
II
I '
1,100 1,590 . 1,500 i,800 2,500 2,350 3,600 3,270 4,000 4,800 5,200 6,070 6,600 8,550 10,900 18.150 24,050 29,950
854 855
TtlRKCE -A-
T·EKNtK TER1MLER VE DEYtMLER
A9ik bo'abm : Open-delivery A9ik kanat : Open impeller A~1k u~lu manometre: Open end mano-
Bilim ve teknik, insanhgm ortak. ~ah~mas1 sonucu ortaya ~1ktig1 i~in, insanh!!;m ortak mahd1r. Yapilan ara~tirmalardan veya yaymlanan eserlerden hie birinin, bir digerinden yararlanmad•g•m one siiremeyiz. Bilim ve teknikte kullamlan terim ve deyimler de, az veya ~ok bu durumdaihr. Bunun bir sonucu olarak, :;e§itli dillerde ayru terim ve deyimlerin kullamldJ.gm1 gormekteyiz. Bilim ve teknikde ileri gitmi~ uluslar, kendileri · taraf•ndan yapilan ~ah~malarla bir las•m terim ve deyinileri meydana getirmi~ler ve bunlan, diger uluslai a kabul
meter
Adyabatlk doyunna : Adiabatic saturation
Adyabatik soj!utma dogrusu : Adiabatic cooling line Adyabatlk soj!utlna : Adiabatic cooling Adyabatlk ~ma : Adiabatic mixing Adlandrrma: Nomenclature Akun dlyagrann : Flow sheet Akun katsayt51 : Flow coefficient Akun dfizenleyen valf: Flow regulating valve Akmt metre : Current meter Aktarmah tanklar : Decanters ~kan: Fluid Aln~kan dlnamli! : Fluid dynamics ~kan statiltl : Fluid statics Aln~kanlarm akuru : Flow of fluids Akt~kanlarm ta'mmas1: Trar.sportation of fluids ~kanla,urma : Fluidization Alt akmt : Underflow Alt operasyon dogrusu: Lower operating line Alttan bo,ahmh: Botton discharge Alttan hareketll santrlfiij: Underdriven
ettirmi~lerdir.
Tiirkiyenin batiya yonelimi ile birlikte once Frans1zca, Birinci Diinya Sava§• icerisinde Almanca ve 1kinci Diinya Sava§l sonrasmda ise lngilizce, terim ve deyimler Tiirkiyede kullamlmaya ba~laml§tlr. Bunlardan bir losm1 oldugu gibi dilimize girmi~, bir lasm1 ise Tiirkcele~tirilmi§tir. Bilim ve teknigin ilerleyi§lne paralel olarak yeni yeni terim ve deyimler tiiretilmekte ve bunlar, devamh olarak dilimize katilmaktadrr. Bu terim ve d!'yimlerin TiirkQele§tirilmesi icin yapdan ~ah§malar §alns ve kurulu§lara bagh kalmakta, bir birle§tirme ve standardla~urma yapdamqmaktad•r. Bu sebeple kulland•!?;lm ve Tiirkgele~tirdi , g;m· terim ve deyimlerin bir liigatcesini kitabm sonuna ekleyerek, ileride meydana gelebilecek yemlmalar., bir dereceye kadar onleyebilecegimi dii~iindiim. Tiirkiye ~apmda ele almmas1 gereken boyle bir konuya, yeteneklerim oramnda bir katlada bulunmaya Qah§tlm. Okurlanma faydah olabilirsem, kendiwi mutlu sayarnn.
centrifuge
Prof. Dr. lhsan CATALTAI;i
Alttan hareketll: Underdriven Ana mil: Main spindle Askl klrrutucu: Festoon dryer Askl plakas1: Hanger plate Aside dayamkb: Acid proof ~m doygunluk: Super saturation
I
J
tNGtLtZCE
Avara kasnajit: Idler pulley Ayar 9arkl: Adjusting wheel Ayar ~llsl: Adjusting gear Ayar somunu: Adjusting nut Ayar takozu: Adjusting block Aymna odas1: Separating cliamber Ay~ akmt: Split flow Aymlik endeksl: Uniformity index Azeotroplk karu;mt: Azeotropic niixture
Azalan deb! perlyodu: Decreasing rate period
-BBaglama Baj!lama
c1vatas~: Tie bolt ~dl: Binding strip
Basm~h hava pompas1: Air lift pump Basm9h klun flltresl: Pressure sand filter' Basm~ d~ (kayb1): Pressure drop Basm~ regillattirll (ayarlaylCl): Pres-
sure regulator
Br.slt kase tip! santrlfUj: Simple bowl centrifuge
Baslt
snuflandmc~:
Simple classifier
Basit manometre. Simple monorueter
Bajitnu: relationship Baglanu dogrusu: Tie-line BaglaytCl!ar: Fittings Bo~altma valfi: Dirschange valve Bagh su: Bound water BagslZ su: Unbound water Bastmlamaz (S~tm!amaz): Incompressible Bastmlablllr (s~tmlablllr): Compressible Bastmbna (~ila,Unlma) biilgesl: Compresion zone
Besleme raft: Feed plate
857
856
-c-
Dalga boYll: Wavelenght Dar nlpel: Close nipple Daralma kaytplan: Contraction losses Daralma katsayxst: Contraction coeffi~ cieht Damlactk tutucu (aYinct): Entraiment
-c-
Damlactk tlpl yoj!unla,ma: Drc.p-wise condensation · Denge baJ!tn!lst: Equilibrium relationship Denge eJ!rlsl: Equilibrium curw Denge dlyagnnm: Equilibrium diagram Denge dlstllasyonu: Equilibrium distillation Denge kademesl: Equilibrium stage Denge raft: Equilibrium plate Dengeleme yollan (~'Ian): Balance ports De11klllevha (plaka): Perforated plate De11kll kase tip!: Perforated bowl type De11kll tullla: Grid block Dellksiz tas tip! sanlrlfUj: Solict-bowl centrifuge Devantlt (sUrekll) kttrutucu: Contffiious dryer Devantlt santrlfiij: Continious tentrifuge Devantlt stvt faz: Cont;uious liquid phase DevaniStZ (silrekslz) kttrutucu: Batch dryer Devamstz santrlfUj: Batch centrifuge Deb!: Rate Deb! katsaYISt: Rate coefficient Demir boru: Iron pipe Deslntegratilr: Sguirrel cage dismteg-
Besleme hunlsi: Feed hopper Besleme ~arkt: Feed wheel Caketil evapor11tor: Jacketed evaporaBeyglr giicU: Brake horse pow~r tor Berrakla:}tll'ma bOJgesl: Clarification Cekctll kazan: Jacketed-kettle zone Cottrell elektroflltresl: Cottrell precipiBerrakla~tlrma santrlf!iJU: Clarifymg tator centrifuge Berl ~yerl: Berl saddle Bllezlk (halka): Ring cabuk a~tltr valf: Quick openmg valve Blrlm: Unit Canwr ~okeltme test!: Slurry-settlmg Bllyah cek valf: Ball check valve test Bllyah (kUrekll) de~Irmen: Ball mill Camur karma del!lrmenl: Pug mill Blr teorlk rafa •¥dej!er yiiksekllk: Capraz aktm: Cross flow Height equivalent to one tbeoreti- c;apraz bar,hk: Cross head cal plate Capraz ktlavuz yataJ!t: Crosshead guide Boru: Pipe box · Boru eklemlerl: Pipe joints Cellk: Steel Boru deJ!1rmenl: Tube mill Ce11k zlnclr: Steel cham Boru topluluj!u (dlzlsl): Banks of pipes Cekl~11 deJ!Innen: Hall!mer mill Boru baj!laYictlar: Pipe fittmgs Cenell ktnct: Caw crusher Born!u kazan (ISittct): Shell and tube Ctkt¥ helezonu: Discharge volute Ctplak bubar: Open steam heat exchanger Borunun tslatJ.Ian ~evresi: Wetted peri- Clft bornlu ISt deJ!I¥tlrlcl: Double-pipe heat mterchanger meter Clft emmell: Double-suction BoYllt: Dimension Clft konlll kan¥11nct: Double-cone BoYllt anallzl: Dimensional analysis mixer BoYlltsuz grub: Dimensionless group Cift konlll smtflantltnct: Double-cone Boyutsuz: Dimensionless classifier Bofaltma donantmt: Tripper Cok ge~l,lltsttlct: Multipass he".ter Bof<lua saval!t: Discharge lounder cok kademell ekstrakslyon: Mutistage Bo¥altma yolu: Discharge port extraction Bo¥altma. metodu: Discharge method Cok kanath vantllatilr: Multiblade fan Bo,altlna kanah: Drain Cok teslrll (kademe11) evaporasyon: BoJaltlna ucu: Discharge end Multiple,_ effect evaporation Bo,altma saval!t.: Discharge weir Cokelme billgesl: Settlmg zone Bubar kapam: Steam trap Cokelme deblsl: Settlmg rate Bubar jet efektlirU: Steam Jet ejector Cokelme lnzt: Settlffig velocity Bn!ISr baJhJ!t: Vapor head cokeltlne odactJ!t: Settlffig chamber Bubar plstonu: Steam piston cozlicU: Solvent cozlinUrlUk ej!rlsl: Solubility curve Buharla ~ttnlan: Steam driven Buharl3¥ma glzll ISlSll Lat•nd heat of Cozlinilr!Uk: Solubility cubuk del!lrmenl: Rod mill vaporization Cilrilk bubar: Exhaust steam Buharm stvt damlactklan t8¥Dll3st Entrainment -DB~: Bushffig BUyUme tip! krlstallzatlir: Growth-type Dal!ttlua plakast: Distr'-butmg plate Dal!tlmt ej!riSI: Distribution curve crystallizer
sepe:rator
rator Depohuna tankt: Storage tank Dt'tan salmas!lrah: Outside p•,cked Dtljtan vldah ve boYIIDduruklu: Outside screw and yoke Dlferanslyel dlstllasyon: Differential distillation Dlferansfyel manometre: Differential manometer DlfUzyon bataryast: Diffusion tattery DlfUzyon blleziJ!I: Diffusion rmg DlfUzyon kanah: Diffusion channel
DlfOzyon katsaYist: Diffusion coefficient Dlstllasyon (destllasyoJl): Distillation Dl\11-erkek dlrsek. Street elbow Dl~l kiir tapa: Cap Dl\111 baglaYictlar: Screwed fittings Dl\111 boru baglaYictlar: Screwed pipe fittings Dl\111 pompa: Gear pump Dl~ll serlsl: Gear tram Dllll cek valf: Swing check valve Dirsek: Elbow Dlren~: Resistance Dlskll ktnct: Disc crusher Disk somunu: Disc nut Disk tip! santrlfUj: Disc type cer.trifuge Dlyafrantlt pompa: Diaphragm pump Dolgulu kolon: Packed column Dolgnlu knle: Packed tower Dolayh soj!utma: Indirect coolmg Dola,tm debts!: Rate of circulation Dola~tm pompast: Circulating pump Doldurucu (yUkleylcl): Feecter Doldunna hunlsi: Feed hopper Doldurma ucu: Feed end DoYID"' buhar: Saturated vap01 DoYIDU' hava: Saturated air DoYID"' haclm: Saturated volume DoYIDU' stvt: Saturated liquid Dorr k&nJ!lnctSt: Dorr agitator Dorr snnflandmcJst: Dorr classifier DOnUm noktast: Plait point DOktne dentlr boru: Cast iron pipe DOner bu~: Rotatmg bushing DOner devamh mtre: Rotary continious filter • DOner slllndlrll flltre: Rotary-ctrum filter Doner bajilantl: Rotary joint DOner knrutucu: Rotary dryer DOner konlk ktnct: Gyratory crusher Dilner tarak: Revolving rake DOner pompa: Rotary,pump DOner plaka: Rotating plate DUz ~ark: Flat paddle DUz kanat: Flat blade DUz yUz: Plain face DUz (basi!) zlnclr: Plam cham · DUz b~lu zlnclr: Plain bu;hed cham ·
858
Dilz kanath uzun arabkh zlnclr: Straight side long-pitch chain ~y keslt: Vertical section ~y borulu evaporator: Vertical-tube evaporator DlifUk basm~ odast: Low- pressure chamber
859
-F-
Faturah yllz: Raised face Fazlar arast yllzey: Interface Flltre sepetl: Filter basket Flltrepres: Filter press Flltre Ievhast: Filter leaf Flltre yardunct maddesl: Filter aid Flltre yardtmct clbazt: Filter awdliary -EFilm tlpl yol!tmlafma: Fihn-type conE~: Slope densation El!lmll (yabk) manometre: Inclined Flanj: Flange manometer Flanjh boru ba~laytctlar: Flanged pipe El!lmll vana: Angle valve fittings Ejector: Ejector Frakslno.: von kolonu yardmtcdan~ Ekstrakslyon: Extraction Fracth •1ating-column acces~ories Ekstrakslyon bataryast: Extraction bat- ,Fren tak:,1n: Brake a:.::sembli tery Ekstrakslyon deblsl: Rate of e-.:traction - GEkstrakt faz: Extract phase Ekstrakslyon kulesl: Extraction tower Gaz absorpsiyc:lU' Gai absorption Ekstrakt kolu: Extract branch Gaz faz dlrencl: GP~ phase resistance Ekstrakslyon randunam: Extraction Gaz fazda kUtle tra~•• orl: Gas-phase efficiency mass transfer Ekstrakt rlflaks: Extract reflux Gaz sabltl: Gas constant Elek: Screen Gazlarm lafmmast: Transportation of l!lek anaUzlerl: Screen analyses gases ElevatOr: Elevator Ge~me zlvana: Bell and spigot ;oint El ~Ia: Hand wheel Germe yayt: Return spring Emme odast: Suction chamber Gerfbne mukavemetl: Tensile •trength Emme valfl: Suction valve Gerl donn, yolu: Return port Enerjl b!An~su: Energy balance Genl_,me: Expansion Endlikslyon boblni: Induction winding Genl_,mell eklemler: Expansion joints Engellenmlf (geclktl,rllmlf) ~kelme: Genle,mell kapan: Expansion trap Hinderd settling Gem,Ieme kaytplan: Enlargement Enjektor: Injector losses Erkek ve dlfl. yllz: · Male and female GeU,IgUzel doldurnlm"': Random face pac)
-H-
t~Ietme glderlerl: Operating costs ttlcl kuvvet (ltlcl gU~): Driving force Hava flltresl: Mr filter tvme: Acceleratioq Hava kompresOrii:, Air compressor hotermal olmayan akun: NonisoterHava· plstonu: Mr piston mal flow Hava seperatOrii: Air seperato:.Hareket kasnal!t: Drive pulley -KHareketll ~ene: Movable jaw Hareketll vln~: Traveling crane Kademe randtmam: Stage efficiency Helezonl (salyangoz) pompa: Volute Kanat: Impeller pump Kanatlt vantllator: Plate fan Htz da~: Velocity distribution Kapalt tiirbin: Shrouded turbine llldrostatlk basm~: Hydrostatic presKapah kanat: Closed impeller sure Kapalt devre o~tme: Closed-circuit llldrostatlk yUk: Developed head grinding · Hldrostatlk yUk: Fluid head Kapalt bo~aluu: Closed-delivery llldrollk kaytplar: Hyroulic lo.ses Kan~ttrma1; latrutucu: Agitated dryer llldrostatlk basin~: Hydrostatic pres- ~tmlan devamstz krlstallzator: sure Agitated batch crystallizer llldrollk piston: Hydraulic piston ~tk alnanla besleme: Mixed feed llldrollk yan~ap: Hydrolic radius Kasah konveyor: Flight conveyor llldrollk su: Hydrolic water Kase tlpl smtflandtnct: Bowl classifier HUcrell flltre: Chamber press Katt-stVI ekstrakslyonu: Leaching Kattlarm ta~ast: Conveying -IKayt,It konveyor~ Belt conveyor 1st transfer!: Heat transfer Kayt~ konveyiir destelJI: Belt conveyor support 1st delJI,tlrlcl: Heat exchanger 1st Uetken)llJI: Thermal conduct;vity Ka~h konveyor gerglsl: Belt-conveyor take-up lSI kaybt: Heat lost Kaynayan stvtlar: Boiling liquids Ist transfer deblsl: Rate of heat transfer Kaynama nokt8Sl yUksebnesl: Elevation of boiling point ist transfer katsaytSt: Heat transfer coefficient Kaynama noktast dlyagranu: Boilinglstttct: Heater point diyagram lstbct borulan uzun ve dU,Oy evapora· Kampana rafb kolon: Bubble-cap column tOr: Long-tube vertival evuporator Kavltasyon: Cavitation Isla~ duvarh kolon: Wettecl-wall column Kaztytct bt~ak (kUrek): Scraper blade lskarah elek: Grizzle. Ka~ak kaytplan: Leakage losses Kabuk tefekldilU: Scale formation -tKama: Shim t~ten salmasttrah: Inside packed Kanath borular: Finned tubes Kararh hal: Steady-state tdeal kademe: Ideal stage 1<; konl: Inner cone Katolog numarast: Schedule number Kaynakb: Welded tkl kademell: Two. stage tkl komponentll: Binary KendllllJinden harekete haztr pompa· lnce )¥>ru: Tubing Jar: Self-priming pumps tnce (!~ten del!lrmen: Ultrafine grinder Kenetll zlnclr: Interlocked chain tstavroz: Cross Keslt alam: Cross-section area
861 K1smi basm~: Partia~ pressure Klsmi hacim: Partial volume Klsmi kondensOr:· Partial condenser Kisa nlpel: Short nipple Kistmna a~1st: Angle of nip Klrma: Crushing Klrma ba,b~: Crushing head Km.c1 ~ene: Crushing jaw IGIIt somunu: Lock nut Kbnyasal tip: Chemical type KIIavuz kovaru: Guide b~shing K.ollergang: Edge runner Kombine zlncir: Combination chain Kondiikslyon: Conduction Kopiik: Foam Kovali ekstraktOr: Basket extractor Kovab k~pan: Bucket trap Kovah konveyOr: Bucket conveyor Konik simfland.Inci: Cone classifier Konlk Ionc1 (ufaltlCJ): Cone crusher Konlk yuvalt valf: Gate valve KonveyOr kurutucu: _Conveyor dryer Konveksiyon: Convection Krltlk rutubet mlktan: Critical moisture content Krista! biiyiime odast: Crystal-growth chamber Krista! feklllerl: Crystal forms Krista! ~ekh-dekcli!i: Crystal nucleu Krlstallerln topaklanmaSJ: Cakiag of crystals . Krlstallenme tal'ZI: Crystal hab1t Krlstallzasyon: Crystallization Knle dolgu malzemesl: Tower packing Kum filtresi: Sand filter Kuru termometre temperatiirii: Drybulb temperature Kuru k~tmCJ: Dry mixer Kuruma deblsi: Rate of drying Kurutma: Drying Kuvvet pompas1: Power pump Kiiresel .yatak: Spherical bearing Kiiresel yuvab valf: Globe valve Kiitle: Mass Kiitle bliln~osu: Material balance Kiitle transfer deblsl: Rate of mass transfer Kiitle transfer katsaYJSt: Mass transfer coefficient
-LLfunlner aklm: Laminer flow Lastlk tampon: Rubber buffer Ley burclu zlnclr: Ley bushed chain Levha yapl11 filtre: Leaf filter L~~-log graflk: Log-log plot
-MMafsal
~ubu~:
Toggle bar
Ma~a dolafmili krlstallzator: Circu-
lating-magma crystallizer Makara bur~Iu zinclr: Roller bushed chain M!Ulfon: Coupling Mekanlk esintlll so~tlna knlesi: Mechanical-draft tower Mekanlk kay1plar: Mechanical losses Mekanlk smlfiandmct: Mechanical .classifier Meklk (vargel) konveyor: Shuttle conveyor Merkezden salmastlralt: Center packed Mil: Stem Mil yata~: Bearing Mil: Truonion Minimum rlfiaka oram: Minimum reflux ratio Miers teorlslnln smn:Iamalan: Limi · tations of the Miers theory MlkronizOr: Micronizer Molekiiler dlfiizyon: Molecular diffu. sian Mutlak temperatiir: Absolute temperature Mutlak siyah cisinl: Black body Musluk: Cork
-NNemlendirme: Humidification Nemlendirme clhan:. Humidifying. · equipment Nem glderme: Dehumidification Nem giderlci: Dehumidifier Nefesllk: Vent Nokta randlmam: Point efficiency
-0Ondiilell esnek eklem: Corrugated expansion joint Operasyon doUusu: Operating line Operasyon egt-isi: Operating curve Optimum rlflaks oram: Optimum reflux ratio Ortalama de~r: Mean value Ortalama hlz: Average velocity Otomatlk valf: Automatic valve
-0Ojjiinne: Grinding Ojjiitme plakas'I: Grinding plate Ojjiitme taryi: Muller OI~e odac18J: Metering chamber Ozgiil hacrm: Specific volume
-PPatlama basmcr: Bursting pressure Paralel akun: Parallel-current flow Paralel alomla besleme: Parallel feed Pe,.pnu boru: Rieved pipe Pervane tip!: Propeller type Pervaneli kan,nncr: Propeller mixer Plhtlla~tmcn Coagulant Piston kolu (~ubu~): Piston rod Plstonlu pompa: Piston pump Pistonlu kompresOr: Reciprocating compressor Plaka ve ~e~evell filtrepres: Plate-andframe press Planjorlli pompa: Plunger pump PnOmatlk konveyOr: Pneumatic conveyor Pompa: Pump Pslkrometrlk metod: Psychrometic method Piiskiirtme elnzli!i: Spray nozzle Piiskiirtme bavuzu: Spray pond Pliskiirtmell kule: Spray tower Pliskiirtmell kurutucu: Spray dryer 'Piirlizliiliik faktilrii: Roughness fact0r
-RRadyasyon: Radiation Radyasyon deblsl: Rate of radiation
RascWg halkas.: Raschig ring Radyal ainm: Radial flow Raf rand1mam: Plate efficiency Raf11 kolon: Plate tower Rafb kurutucu: Shelf dryer Raflnat .ejpisl: Raffinate branch Rafinat faz: Rdfinate phase Relatlf u~uculuk: Relative volatility Rediikslyon: Reducer Rediikslyonlu dirsek: Reducing elbow Rediikslyonlu T : Tee reducing on outlet · Relatlf rutubet: Relative humidity Rektlflkasyon: Rektification Rehber borusu: Guide tube Reynolds saylSl: Reynolds null!ber Rlflaks oraru: Reflux ratio Rotosel ekstraktOr: Rotocel extractor Rutubet (nem): Humidity Rutubet dlyagramt: Humidity chart Rutubetll haclm: Humid volume Rutubetll lSI: Humid heat
-SSablt bu~: Stationary bushing Sabit ~ene: Stationary jaw Sablt deb! peryodu: Constant rate period Sablt deblde siizme: Constant-rate filtration Sabit glderler: Fixed charges Sablt molal buharla~ma: Constant molal vaporatizion Sabit molal ta,ma: Constant molal overflow Sablt kaynayan kan,rmlar: Constant· boiling mixtures Sablt yatak: Fixed bearing Salmasbra: Packing SaJmastJ.ralt eklem: Ring joiqt SaJmasbra yuvast: Packing recess Sarsmah elek: Shaking screen Santrlfiij: Centrifuge Santrlfiij dei!innen: Centrifugal grinder Santrlflij pompa: Centrifugal pump Santrlfiij seperator: Centrifugal entrainnient seperator Santrlflij iifie~: Centrifugal blower
•
862
863
Saplama: Stud Saban tip! pslkrometre: Sling pschrometer Savak: Weir Sepet: Basket S~lcllik: Selectivity' Serbest ~okelme: Free settling Serbest keslt alam: Frep cross section Serbest ktrma: Free crushing Serbest haclm: Free volume Serbest su: Free water Sepet tlpl evaporatilr: Basked-type evaporator Seyreltme metodlan: Dilution methods Slkt~tlrllabllen kek: Compressible cake Snurh ~zilniirlni!li olan: Partially miscible SIYJ.rlCI: Scraper S1ytnc1 konveyOr: Scraper conveyor StVI-stVI ekstrakslyonu: Uquid extraction SIVI faz dlrenci: Liquid·phase resistance StVI ~1, borusu: Downcomer Stzcltnnazbk ktttusu: .Stuffing box Stzdtrmazbk plakast: Packing plate Slllndlrler (merdaneler): Rolls Slllndlr gomlel!l: Cylinder liner Slllndlrll del!lrmen: Roller mill Slllndlrlk dllner elek: Trommel Sll!ndlr kttrutucu: Cylinder dryer Slkloldal llfie~: Cycloidal blower Slklon seperatllru: Cyclone seperator Slrkiilasyon ( dola~un) kaYtplan: Recirculation losses Soj!utma SUYll borusu: Cooling water pipe Soj!utma SUYll g~ldl: Cooling water passage Son ~ilkelme lnzl: Terminal settling velocity Sondan salmasbrah: End packed Spiral borulu evaporatl!r: Coil evapo:
rator Spiral .halka: Spiral ring Standard elek: Standart screen Striping ktsiDl: Stripping section Su buhan dlstllasyonu: Steam distillation Su darbesl: 'Water hammer
Su caketl: Water jacket Su plstonu: Water piston Su s1lyact: Water meter Su soj!utma kulesl: Cooling tower Siirekll koYllla,tmct: Continuous thickener Siirekslz (devamstz) ~okelme: Batch settling Siirtilnme kaYtplan: Friction losses Silrilklenme katsaYISl: Drag coefficient Silzme (flltrasyon): Filtration Siizme ortam.t: Filter medium Siizge~: Strainer Siizg~ bezl: Filter cloth
-!I~ebnem noktast: Dew point !lekll faktoru: Shape factor
-TTaban yataj!l: Thrust bearing Tablah konveyor: Apron conveyor TabU eslntlll ·soj!ulnta kulesl: Naturaldraft cooling tower Tabll konvekslyon: Natural convection Tapa: Plug Tampon bOlge: Buffer layer Tank krl~tallzasyonu: Tank crystallization Tantm: Definition Tarak: Rake T~ma noktast: Flooding point Ta,h del!lrmen: Buhrstone mill Ta¥1Ytct raf: Supporting bracket Tejletsel htz: Tangential velocity Teorlk raf: Theoreticai plate Tek emmell: Sing!~ suction Tek kademell: Single-stage Tck g~l~ll: Single-pass Tck teslrll (kademell): Single effect Tek yonlil alam valft: Check valve Tek slllndlrll ktnct: Single-ro)l cmsher Tel elek: Wire screen Temas tlpl yol!unla¥imct: Contact condensor Temel biiyiikliikler.: Primary quantity Temlzlik kapaj!l: Cleanout plug Temperatiir farkt: Temperature drop
Ters akun: Reverse flow Ter.s (nt) akun: Counter-current flow Ters kovah kapan: Inverted bucket trap Termokompresyonlu evaporasyon: Evaporation by tennocomp:ression TepsUI kttrutucu: Tray dryer Tlkanmah besleme: Choke feeding Tltr~lmll elek: Vibrating screen Torba flltre: Bag filter Toz toplaYtct: Dust collector T rokor: Tee Transfer iinltesl: Transfer unit Turbin ~tmct: Turbine mixer Tutulan ~Ozeltf: Retained solution Tiim ~Oziinmemezllk: Complete im. miscibility Tiim dlren~: Over-all resistance Tilm tst transfer katsaYist: Over-all heat transfer coefficient Tilm kiltle transfer katsaYtst: Over-all mass transfer coefficient Tilm rlflaks: Total reflux Tiinel kttrutucu: Tunnel dryer Tilrbln pompa: Turbine pump Tiire~ bilyilkl!ik: Secondary quanttty Tiirbiilansh akun: Turbnlent flow
-UUfalt~ctlar: Intermediate crusher Ufaltma oram: Reduction ratio Ufaltma slllndlrlerl: Crushing rolls Uygun blrlmler: Consistant units
-'tl-
'tl~gen .dlyagram: Triangular diagram 'tl~ kademell: Three-stage 'tlst aktm: Overflow 'tlst operasyon doj!rusu: Upper operating line 'tlstlil ~ltllk: Exponential equation 'tlstten beslemell flltre: Top-feed filter 'tlstten hareketll: Top-driven
-VValf: Valve Valf YaY!: Valve spring
Vakum krlstallzatilru: Vacuum crystallizer Vakum pompast: Vacuum pump Vakum tavast: Vacumn tray V~tllatllr: Fan Vantllator kanadt: Fan blade Vantllatiir turbln: Fan turbine Verlm (randunan): Efficiency Vldah (dlfll): Screwed Vldalt konveyi.Sr: Screw conveyor Vldah konveyor asktSl: Screw conveyor hanger Vldah konveyor oluj!u (teknesl): Screw, conveyor through Viskoz aktm: ViscoUs flow Viskoz aktm dlrencl: Viscous resistance Vlskoztte blrlmler!: Units of viscosity Volan: Flywheel . Volumetrlk deb!: Volumetric flow rate
-Y-
Yanma odast: Conbtistion chamber Yaprakctk hazu-laYtct: Flake conditioner , Yapraklama slllndlrlerl: Flaking rolls Yan ~evapth (sUrekll): Semicontinuous Yan siirekll santrlflljler: Semicontinuous centrifuges YasSI ve Yl'Varlak zlnclr: Flat and round chain Y~ termometre temperatiiril: 'wet-bulb temperature Yatak ktttusu: Bearing box Yatay keslt: Horizontal section Yatay borulu evaporatllr: Horizontaltube evaporator Yay: Spring Yay Yl'VaSI (yataj!l): Spring seat Yer de~tlrme metodu (yerlnl alma metodu): Displacement method YlkaYtct: Scrubber Ylkama pompaSI: Eluriation pump Ylkttmah flltrepres: Washing press Yoj!unluk: Density Yoj!unl~tmct (kondensilr): Condenser Yoj!unla~an bubarlar: Condensing vapors Yoj!urma maklnast: Kneading machine
864 y Rakoru: Y branch . Y~ak, plmli zlnclr: Malleable pmtle
YUk kaybt: Head loss Yiiksek basm~ odaSI: High-pressure chamber Yiikselen sUrgillii: Nonrising stem
chain ukiil·ebillr zlnclr-• Malleable YumUij ak , Su detachable chain -ZYuvah ytiz: Grooved face Yuvah ve dllll ytiz: Tongue and groove , Zenginle,tlrme losmi: Enriching section Ztt a.kun delcimtasyonu: Counter. curface rent decantation Yuva (yatak): Seat .. Yilzey katsaytst: Surface coefficient Zit ( ters) alomla besleme: Backward Yiizey tip! yoJ!unlavtrrict: Surface confeed denser Zlnclr: Chain Yilzey '"' transfer katsaytSI: Surface Zorlanm" eslntl: Forced-draft .·. heat transfer coefficient Zorlanm" dola'lDl tipl evaporatUr: Yilzer bavhkh 151tJct: Floating-head Forced~circulation evaporator Zorlamm' konvekslyon: Forced convecheater . Yilzde rutubet: Percentage humidity tion Zorlaytct kuvvet (ltici gil~): Driving YU.kleme noktasl: Loading point force YUkselen m1111: Rising stem
tNGtL1ZCE- TtlRK{:E
-AAbsorption: Absorpsiyon. Gaz absorption: Gaz absorpsiyonu Acceleration: 1vme, h1zlanma Acldproof: Aside dayamkh Adiabatic cooling line: Adyabatik soj!utma dogmsu Adiabatic saturation: Adyabatik doyurma Adjusting block: Ayar takozu Adjusting nut: Ayar somuuu Agitator: Kan~tinci Dorr agitator: Dorr kan~hnciSI Air: Hava Air lift pump: Basm~h hava pompas1 Saturated air: Doymu!j hava Angle of nip: Ktstirma a~1s1 Angle of vision: GorU~ a91S1
-BBalance: Denge, bilam;o Energy balance: Enerji dengesi, ener~ ji blan~osu Material balance: Ki.itle dengesi, klitle blan~osu Basket: Sepet Bearing: Mil yatajjl Fixed bearing: Sabit yatak Spherical bearing: KUresel yatak Thrust bearing: Taban yatajjl, dip yatagi Berl saddle: Bert eyeri Binary: 1ki komponentli Binding strip: Baglama ~eridi Black body: Mutlak siyah cisim Blade: Kanat, b19ak, kiirek Fan blade: Vantilat6r kanach Flat blade: DUz kanat Scraper blade: KaziYICI (SIYinct) b19ak (kiirek)
t. <;;atalta! -
Kimya Mlihendisligine Giri1
Block: Tugla, takoz, kiitlik Grid block: Delikli tugla Blower: Uflec;, vantilatOr, kOriik Centrifugal blower: SantrifUj iifle9 Cycloidal blower: Sikloidal Ufle~ Bolling point: Kayuama noktasi Bolling point diagram: Kayuama noktasl diyagrann Elevation of bolllng point: Kaynama noktas1 yiikselmesi Bolt: Ctvata, saplama, pim Tie bolt: Baglama ctvatasi Bottom discharge: Tabandan bo~ahmh Box: Kutu, muhafa_za, kasa Bearing box: Yatak kutusu Stuffing box: Stzdu:mazhk kutusu Bracket: <;:tkmti, dirsek, destekli raf Supporting bracket: Ta~IYICI (destekli) raf Brake assembly: Fren talamt Branch: Kol, ~ube, kiSlm Y branch: Y rakoru Buffer: Tampon . Buffer layer: Tampon b6lge Rubber buffer: Lastik tampon Bursting pressure: Patlama basmc1 Bushing: Bur~, kovan Guide bushing: Klavuz kovam (burCt\) Rotating bushing: Doner b= Stationary bushing: Sabit bur9
-CCake: Kek Compressible: Stla~tmlabilen (bastinlabilen) kek Incrompressible cake: SI!o~tmlama yan (ba'stmlamayan) kek Cap: Tapa, bavhk, tepelik, kor t1pa Cavitation: ~avitasyon, oyulma
F. 55
866 Centrifuge: Santriftij Batch centrifuge: Devamst:z:- ( siirek~
siz) santriftij Clarifying centrifuge: rna santrifi.ijii
Berrakla~ttr·
Continuous centrifuge: Devamh (sii-
·rekli) santriftij Disk-type centrifuge: Disk tipi santriftij Semlcontlnuous centrifuge: Yan slirekli santriflij Simple bowl centrifuge: Basit liase tipi santriftij Solid-bowl centrifuge: Deliksiz tas tipi santriflij Underdriven centrifuge: Alttan hareketli santriftij Chain: Zincir Combination chain: Kombine zincir Flat . and round chain: Yasst ve yu· varlak zincir J Interlocked chain: Kenetli zlncir Ley bushed chain: Ley bur9lu zincir Malleable pintle chalrt: Yumu~ak demirden pimli zincir Malleable detachal>le chain:· Yumu~ak demirden sOkiilebilir zincir Roller bushed cha:~n: Makara bur9lu zincir ~ Plain chain: Dliz (basit) zincir Plain bushed chain: Diiz bur9lu zincir Ste~l chain: <;:elik zincir Straight side long-pitch chain: Diiz kenarlt, uzun araltkh zincir Chamber: Oda, hazna, hi.icre, depo Combustion chamber: Yanma odast
Crystal-growth chamber: Krista! bli· yiimei odast
High-pressure chamber: Yliksek ba· sm9 odast Low-pressure chamber: Dii~iik basm9 odast
Metering chambero OI9me odast Seperatlon chamber: Aymna odast Settling chamber: <;:oke!tme odast Suction chamber: Em.me odast
Channel: Kana!, oluk, yiv Diffusion ·channel: Diftizyon kanalt Charge: Ylik, ajltrhk, gider, masraf Fixed charge: Sabit gider
Check: Engel, sed, yoklama, kontrol Ball check: Bilyah ( cek valf) Swing check: Dilli ( cek val f) Chemical type:.Kimyasal tip (santtiftij) Circulation: Dola~tm, sirkiilasyon Rate of circulation: Dola~rm debisi Clarification· zone:· Berrakla~tJ.rma biilgesi Classifier: S!lllf!andmct Cone classifier: l<.onik smtflandtnct Dorr classifier: Dorr smtflandtnctst Double-cone clas$ifler: <;:ift konili Sl· ntflandrrtct Mechaulcal classifier: Mekanik smtf· landmct Simple classifier: Basit suilflandtnct Coagulant: Pih!tla~tmct Coefficient: Katsayt Contraction coefficient: Daralma katsaytst Diffusion coefficient: Diftizyon· kat· saytSt Drag coefficient: Siiriiklenme katsaytst Flow coefficient: Aktm katsaylSl Heat transfer coefficient: 1st transferi katsaytst Mass transfer coefficient: Kiitle trans~ feri katsaytst Over-all mass transfer coefficient : Tiim klitle transfer katsayt$1 Over-hall heat transfer coefficient : Tiim tst transfer katsaytst Rate coefficient: Debi katsaytst Surface coefficient: Ylizey katsaytst Surface heat transfer coefficient: Yiizey tst transfer katsaYJ.sl Collector: Toplaytc!, kollek!Or Dust collectOr: Toz toplaytct Column: Kolon, kule Bubble-cap column: Kampana rafu kolon Fractlonatlng.column accessories : Fraksipasyon kolonu yardimc!lan Packed column: Do!gula kolon Sieve-plate column: Elek rafl1 k<>lon Wetted-wall column: Islattlrm~ duvarh kolon Compressor: Kompres6r, bastinct Air compi-essor: Hava kompresOrii ,
867
Reciprocating compressor: Pistonlu Cooling water passage: Sogutma sukompresOr yu ge9iti Compressible: Bastmlabilir, stkt~tmla Indirect cooling: Dolayh soi!utma bilir Cork: Musluk, adi musluk Compression ·zone: BastJ.nlma (stla~tJ.Costs: Masraf, gider, fiat, -deger hlma) bO!gesi · · Operating coat. !~letme gideri Condensation: Yojltml~ma Conveying: Kattlann ta~mmast Film-type condensation: Film ,tipi yo- Coupling: Man~on lluuia~ma Crane: Vin9 Drop-wise condensation: Damlacxk tiTraveling crane: Hareketli (gezer) pi yogunla~ma vin9 Condenser: Yojltm!a~ttnct (kondensor) Cross: Istavroz Contanct condenser: Temas tipi yo-. Cross-section area: Kesit alaru gunla~tmct Free cross section: Serbest kesit alam. Surface condenser: Ylizey tipi yojltm. Crusher: Knlct, ufaltxcx · la~txnct Cone crusher: Konik kmc~ (ufaltJ.ct) Conduction: Kondiiksiyon Disc crusher: Diskli ktnc1 (ufalttci} Cone: Koni Gyratory crusher: Doner konik ktnci. Inner cone: !9· koni Intermediate crusher: Ufalttctlar orConstant: Sabit ta biiyilklUkte ktnctlar ' Gaz- constant: Gaz sabiti Jaw crusher: <;:eneli klnc 1 Convection: Konveksiyon Single-roll crusher:. Tek silindirli klForced convection: Zorlanrm 11 konnct veksiyon Crushing: Kirma, ufalti!"a Natural convection: Tabil konveksiCrushing head: K1r~a ba~hllt yon Crushing jaw: Klnct 9ene Cotittnuous: Devamb, siirekli Free crushing: Serbest kmna Semlcontlnuous: Yan devamli yan $Urekli ' Crosshead: <;:apraz ba~hk Conveyor: KonveyOr, truJIYJ.CI Crystal: ·Krista! Apron conveyor: Tablah konveyor ' Coking of crystals: Kristallerin topakBelt conveyor: Kayt~h konveyor lanmast · Belt ~.onveyor support: Kayt~h konCrystals forms: Krista! ~ekilleri veyor desteJ!i Crystal habit: Kristallenme tam Belt conveyor take-up: Kayt~h konCrystal nucleu: Krista! 9ekirdekciJ!i veyOr gergisi Crystal!lzatlon: Kristalizasyon Bucked conveyor: Koval! konveyor . Tank crystalllzatlon: Tank kristalizasFlight conveyor: Kasalt konveyor yonu Pneumatic conveyor: Pnomatlk k6nCrystallzer: 'Kristalizator veyor Agitated hatch crystallizer: Kan~tJ. Scraper conveyor: Siytnct konveyor nlan devamstz kristalizatiir Screw conveyor: Vidalt konveyor Circulation. magma crystallizer: B.. .._ Sere~ conveyor hanger: Vidah kon· uyu . · krista1'tzatdr me t Ipx veyor asktst Vacuum. crystallizer: Vakum kri t r. Screw conveyor tltrongb: Vidal! konzatOrii s a1 veyor oluj!u (teknesi) Curve: Egri Shuttle conveyor: Mekik (vargel) ko . Equlllhrium cnrve: Denge eJ!risi. veyl:lr n Distribution curve: Dajphm egnsi Cooling: Sogutma Operating curve: Operasyon egnsi Adlabat!c COOling: Adyabatlk sogutma Solubility curve: <;:oziinlir!iik egnsi
869
868
-D-
Driving force: ZorlaytCI kuvvet, itici gU9
Decantation: Aktarma, dekantasyon Drop: Damla, dii~me, lnme, fark TempeNture drop: Temperatiir farkt Counte.r·curvent decantation: Z1t aktm dekantasyonu (dii~ii~ii) Decanters: Aktarmah tanklar, dekantOr- Dryer: Kurutucu Agitated dryer: Kan~ttrmah kurutucu ler Batch dryer: DevamslZ (siireksiz) kuDefinition: Tamm, tamtma Dehumidifier: Nero giderici rutucu Contlulous dryer: Devamh (siirekli) Dehumidification: Nero giderroe kurutucu Delivery: Bo~altma, dag,tma Conveyor, dryer: KonveyOr kurutucu Closed-delivery: Kapah bo~ahro, kaCylinder dryer: Silindir kurutucu pah dag,tma Festoon dryer: Ask1 kurutucu Open-delivery: A91k bo~ahm, a91k daRotary dryer: DOner kurutucu g,tma Shelf dryer: Rafh kurutucu Density: Yogumuk Spray dryer: Piiskiirtmeli kurutucu Dew point: :;iebnero noktas! ,yog,mla~ Tray dryer: Tepsili kurutucu ma noktast Tune! dryer: TUne! kurutucu Diagram: Diagram Drying: Kurutma Equilibrium diagram: Denge diyagRate of drying: Kuruma (kurutma) ramt debisi Triangular diagram: tl'9gen diyagram -EDiameter: <;ap Equivalent diameter: E~deger 9ap Edge runner: Kollergang Efficiency: Verjm (randtman) Diffusion: Difi.izyon Plate efficiency: Raf randtmam Diffusion battery: Difiizyon bataryast Point efficiency: Nokta randtmam Molecular diffusion: Molekiller difiizStage efficiency: Kademe randtman1 yon Ejector: Ejektor Distillation: Distilasyon (destilasyon) Steam jet ejector: Bubar jet ejektorii dariutma Equilibrium distillation: Denge dis- Elbow: Dirsek Reducing elbow: Rediiksiyonlu dirsek tilasyonu Streel elbow: Di~i-erkek dirsek Dilution methods: Seyreltroe metodElevator: Elevator, yiiksege ta~1ytc1 ian Steam distlllation: Su buhan distilas- Enriching section: Zenginle~tirme ktsrm yonu 'Entrainment: Buhann Slvt dam!actkDhnension: ,Boyut lan ta~tmast Dhnensioitless: Boyutsuz , Equation: E~itlik Dimensional analysis: Boyut analizi Exponential equation: tl'slii e~itlik Dhnensionless group: Boyutsuz grup Equilibrium diagram: Denge diyagraDischarge: Bo~altma, akttma mt Discharge end: Bo~altma ucu Discharge method: Bo~altma metodu Expansion: Genle~me Extract branch: Ekstrakt kolu ( egrlDischarge volute: <;1k1~ helezonu nin) Displacement method: Yerdegi~tirme Extract phase: Ekstrakt faz (yerini alma) metodu Extraction: Ekstraksiyon Double-suction: <;ift emmeli Extraction battery: Ekstraksiyon baDowncomer: SlVl ge9i~ ( akt~) borusu taryast Drain: Bo~altma kanah
Extraction efficiency: Ekstraksiyon randlmam Extraction tower: Ekstraksiyon kulesi Li9.uid extraction: StVI-SIVI ekstraksiyonu Multistage extraction: <;ok kademeli ekstraksiyon Rate of extraction: Ekstraksiyon debisi Extractor: Ekstraktiir Basket extractor: Koval! ekstraktOr Rotocel extractor: Rotosel ekstraktOr Evaporator: EvaporatOr, buharla~tlnCI Evaporator accessories: EvaporatOr yard1mcdan Basket-type evaporator: Sepet tipi evaporatOr Coil evaporator: Spiral borulu evaporatOr Evaporator capacity: EvaporatOr kapasitesi Forced-circulation evaporator: Zorlan~u~ dola~Im tipi evaporatOr Horizontal-tube evaporator: Yatay borulu evaporatOr Jacketed evaporator: Caketli evaporatOr Long-tube· vertical evaporator: IsitiCI borulan.·uzun evaporatOr Vertical-tube evapOrator: Dli~ey borulu evaporatOr Evaporation: Evaporasyon, buharla~hr ma Evaporation by tennocompression : Termokompresyonla evapOrasyon Multiple-effect evaporation: <;ok tesirli (kademeli) evaporasyon
-FFaCe: Yiiz, aim, a~z. taban, ayna Grooved face: Yuvah yiiz Male and female face: Erkek ve di~i yiiz Plain face: Diiz yiiz Raised face: Faturah yiiz Tongue and groove face: Yuvah ve dilliyiiz Factor: Faktor Shape factor: :;;ekil faktiirii
Fan: VantilatOr Multlblade fan: <;ok kanath vantilatOr Plate fan: Kanath vantilatOr Feed: Besleme, doldurma, yiikleme Backward feed: Ztt ( ters) ak1mla besleme Feed end: Doldunna ucu Feed plate:" Besleme raft Feed hopper: Besleme hunisi Feed wheel: Besleme 9ark1 Forward feed: E~ yonlii aktmla besleme Mixed feed: Kan~1k aktmla besleme Paralel feed: Paralel aktmla besleme Fee'der: Doldurucu, ylikleyici, besleyici Feeding: Besleme, doldurma, yiik!eme Choke feeding: Ttkanmah besleme Filter: Siizge9, filtre Air filter: Hava filtresi Bag filter: Torba filtre Filter aid: Filtre yardrml:1 maddesi Filter auxlllary: Filtre yard1mct cihazt Filter basked: Filtre sepeti Filter, cloth: Siizge9 bezi Filter leaf: Filtre levhas1 Filter medium: Stizme ortam1 Leaf filter: Levha yaptlt filtre Pressure sand filter: Basm9h kum filtresi Rotary continuous filter: Doner devamh filtre Rotary-drum filter: DOner silindirli filtre Sand filter: Kum filtresi Top-feed filter: tl'stten besleroeli filtre Filtration: Siizme, filtrasyon Con,stant-rate filtration: Sabit debide siizme Fitting: Ba~laytct Flanged pipe fittings: Flanjh boru baglaytcliar Pipe fittings: Boru baglayicilar Screwed fittings: Di~li baglaytcllar Flange: Flanj, kenar, yanak, ku~ak Flake conditioner: Yaprakc1k haztrlaytct Fluid: Ak1~kan Fluid dynamics: Akt~kan dinamigi Fluid statics: Akt~kan statigi
871
870 Flow of fluids: Aln~kanlann aklmt Transportation of fluids: Ak!~kanla· nn ta~mmast , Fluidization: Aki~kauia~ttnna Flow: Aklm, aklntt Cross flow: c;apraz aklm Counter-current flow: Ters (ztt) akun Flow sheet: Aktm diyagrarm Lamlner flow: Laminer alam Nonlsotermal flow: 1zotennal olmayan aktm Parallel-current flow: Paralel akun Radial flow: Radyai aknn Reverse flow: Ters akun Split flow: Aynlmt~ aklm Turbulent flow: Tiirbillansh aktm Viscous flow: Viskoz aktm Flow rate: Aklm debisi Volumetric flow rate: Volumetrik aklm debisi Flywheel: Volan Foam: Kopiik Force: Kuvvet, gii9 Driving force: 1tici kuvet, itici gii9 Forced-draft: Zorlanmt~ esinti
-G_;_ ·Gasket: Conta, ~almastira, ara levhast Gear: Di~li, mekanizma, taklm, diizen Adjusting gear: Ayar di~lisi Gear train: Di~li serisi Glass: Cam Sight glass: Gozleme penceresi (cann) Grapblc solution: Grafik 9Bzfun Gray body: Gri cisim Grinder: De~en Centrifugal grinder: Santrifiij dejtirmen Fine grinder: lnce iiriin veren de~ir men Ultraflne grinder: c;ok ince oitiiten del!irmen Grinding: Oitiitme Closed-clrculd grinding: Kapalt devre Bltiitme Grinding plate: Oitiitme plakast Grizzle: Iskarah elek Guide tube: Rehber borusu
-HHand wheel: El 9ark1, 9ark Head: Yiik, yiikseklik Developed head: Hidrostatik yiik, yiikseklik Fluid head: Ak!~kan yiikii, yiikseklil!i Hydrostatic head: Hidrostatik yiik (basm9) Vapor head: Bubar ba>hiP Heat:. Ist, stcakltk Hnmld heat: Rutubetli (nemli) •st Latent heat of ·vaporization: Btih'\1'" la>ma gizli tstst Heat exchanger: Ist. del!i~tirici, ••anjor Floating-head heat exchanger: Yiizer ba~hkh tst degi>tirici Shell-and tube heat exchanger: Borulu kazan (lSltlct) Heater: IsrtJ.ct Multipass heater: c;ok ge9i~li tstttcl Heat interchanger: Ist del!i>tirici, e>an· jOr Double. pipe heat interchanger: c;ift borulu tst del!i>tirici Heat transfer: lsi transferi, tst iletimi Rate of heat transfer: 1st transfer debisi Height equivalent to one tlteoretieal plate: Bir teorik rafa e~dej!iir yiik· seklik Horizontal section: Yatay kesit Horse power: Beygir giicii Brake horse power: Beygir giicii, tren beygir giicU, ger9ek gii9 Hoop: Kasnak, bilezik, 90mber, ku>ak Hopper: Huni, silo, depo, tekue, oluk Feed hopper: Besleme hunisi Hnmldity: Rutnbet (nem) Hnmldity chart: Rutupet diyagrann · Relative hnmldity: Relatif rutnbet Percentage humidity: Yiizde rutubet Hpmldlflcation: Nemlendinne Hnmldlfylng equipment: Nemlendinne cihaZ! -1,1Incompressihle: Bastmlamaz, slkl>lm· lamaz Injector: Enjektor Inlet volute: Girl~ helezonu
Ideal stage: !deal kademe lnnulscibllity: Kan~mazhk, 90ziinmezlik Compiete lnnnlsclbllity: Tam 90Ziin· mezlik Impeller: Kanat Closed Impeller: Kapah kanat Open lnlpeller: A9tk kanat Index rod: Gosterge 9ubugu Interface: Fazlar arasx yiizey ...:.. J, j Jacket: Ca!
-KKettle: Kazan, kab Jacketed-kettle: Caketli kazan Kneading 111acblne: Yojplnna makinast
-LLaunder: Oluk, savak Discharge launder: Bo~altma savajp Leacblng: Katl,slvt ekstraksiyonu Line: c;izgi, doijru Lower operating line: Alt operasyon dogrusu Operating line: Operasyon dogrusu, 9izgisi Upper operating line: Ost operasyon dogrusu i.tner: Astar, i9 kaplama, gomlek Cylinder liner: Silindi£ gomlej!i IJquld: SlVl Bolling liquid: Kaynayan stvt Continuous liquid phase: Devamh Sl· VI faz Saturated-liquid: Doymu~ stvt
Loss: Kaytb, zarar. eksilme Head loss: Yiik kaybt, yiikseklik kaybt . Enlargement losses: Geni~leme kaytplan Contraction losses: Daralma kaytplan Friction losses: Siirtiinme kay1plan Hydraulic losses: Hidrolik kaytplar Leakage losses: Ka9ak kayrplan Mechanlcal losses: Mekanik kaytplar Recircul";tion losses: Sirkiilasyon (dola>un) kay1plan Lost: Kaytp Heat lost: Ist kaybt
-MManometer: Manometre Differential manometer: Diferansiyel manometre Inclined manometer: Eijilimli (yatlk) manometre Open end manometer: A91k uc;Iu manometre,
Slmple,manometer: Basjt manometre Mass: Kiitle, miktar, ytjpn Mass transfer: Kiitle transferi (iletimi) Gaz-phase mass transfer: Gaz fazda kiitle transferi Rate of mass transfer: Kiitle transfer debisi Mean: Ortalama, orta de~er Logarithmic mean: Logaritmik ortalama Logaritltmlc mean radius: Logaritrn.ik ortalama yan9ap Mean value: Ortalama deger Meter: 0!9mek, saymak CUITCnt meter: Akun metre, akim Ol9er Miers theory: Miers teorisi Lhnltatlons of the Miers tlteory: Miers teorisinin smrrlamalan Mlcronlzer: MikronizOr Mill: Deilirmen Ball mill: Bilyah (kiireli) del!innen Buhrstone mill: Ta~h de~irmen Hannner mlll: c;eki9li de~irmen Pug mill: c;amur (kil) karma del!ir· · meni Rod mill: «;ubuk dej!inneni
872
873 Packing: Salmastira, conta, dolgu mad~ Roller mill: Silindirli (merdaneli) deF;irmen desi Packing Plate: SIZdtrmazhk plakast Tube mill: Boni degirmeni Packing recess: Salmastira yuvast Miscible: Kan~abilir, ~oztinebilir Tower packlug: Kule dolgu malzeme Partially miscible: Sm1rl1 90Zlinlirlligti olan si · Paddle: <;ark, k1sa ktirek Mixer: Kanl?hnci Flat paddle: Dtiz ~ark Dry mixer: Kuru kan!?tlnc1 Double-cone mixer: <;ift konili kan~ Perforated-bowl type: Delikli kase tipi tincl Period: Periyod, devir, devre, tekrarlanPropeller mixer: Pervaneli kan!?tlnci ma Constant rate period: Sabit debi peTurblue mixer: Turbin kan~!Irtci Mixing:\ Kan~t1nna
riyodu
Adiabatic mixing: Adyabatik
kan~ma
(kan~tirma)
• Mixture: Kan~1m Azeotroplc mixture: Azeotropik kan~Im
M~lsture content: Rutubet (nem) miktan Critical moisture content: Kritik tubet miktan Muller: Ogtitme t~I, degirmen ta~1
ru~
-NNipple: Nipel, bilezik, kovan Close nipple: Dar nipel Short nipple: K1sa nipel Nomenclature: Adlandtrma Nozzle: 'Nozul, emzik, ut;
Spray nozzle: Plisktirtme emzil!i Nut: Somun Disc nut: Disk somunu Lock nut: Kilit' somunu
-00verflow: 'Ost ak1m, ta~km, ta~ma Constant molal overflow: Sabit molal ta~ma
-PPacked:
Doldurulmu~.
dolgulu, salmas-
tirah Center packed: Merkezden salmast1~
rah Inside packed: l~ten salmas!Irah Outside pacl!:ed: D1~tan salmast1rah Random packed: Geli~iglizel doldurulmu~
Falllug rate period: Azalan debi periyodu Pipe: Born Bank of pipes: Born toplulugu, .~si Cast-Iron pipe: DOkme dern;r bom" Iron-pipe: Demir born Rivaled pipe: Per~ioli boru Pipe fittings: Boru baglaytcuar (ekleyiciler) Screwed pipe flttlugs: Disli boru bag!ayicliar Piston: "Piston Air piston: Hava pistonu Hydro!lc piston: Hidrolik piston Piston rod: Piston ko)u ( ~ubugu) Steam piston: Buhar pistonu Water piston: Su pistonu Plate: Plaka, levha, raf Dlstrlbutiug plate: Dajptma plakal;1 Equilibrium plate: Denge ran Feed plate: Besleme rafi Hanger plate: Ask1 plakas1 Height equivalent to a theoretical plate: Bir teorik rafa e~deJ!er Yiikseklik Perforated plate: Delikli leka) Rotatiug plate: Doner plaka Theoretical plate: Teorik raf Plot: Grafik, taslak, kroki, plan" Log-log plot: <;ift logaritmik grafik Plug: .Tapa, !Ipa, tlka~ Cleanout plug: Temizlik kapajp (llpasl) Polut: Nokta Floodlug polut: T~ma nokta&
Y,adlug point: Ylikleme noktas1 -QPlait point: Dontim nokt'ilsi Pond: Havuz, gO! Quantlty: Miktar, bliytikltik (klSlm veSpray pond: Piiskiirtme havuzu ya say1) Port: Delik, ~1k1~ yolu, yo! Primary quantity: Temel birimler Balance ports: Dengeleme yollan (bliyiildtikler) Discharge port: Bo~altma yolu Secondary quantity: Ttiretilmi~ biReturn port: Geri donti~ yolu rimler (bliytik!iikler) Precipitator: <;okeltici, ~okttirticti Cottrell precipitator: Cottrel elektrv-Rfiltresi (<;okelticisi) Radiation: Radyasyon Press: Stkmak, s1k1~tmnak, bas!Irmak Rate of radiation: Radyasyon debisi Chamber press: Hticreli filtre Radius: Yan<;ap Filter press: Fi!trepres Hydroullc radius: Hidrolik yan<;ap Plate and frame filter press: Plaka ve Raffluate: Rlifinat ~ert;;eveli filtrepres · Rafflnate branch: Rafinat kolu Washing filter press: Yikamah filtre( denge egrisinin) pres Raffiuate phase: Rafioat faz Pressure: Basmt;; Rake: Tarak Hydrostatic pressure: Hidrostatik ba~ Rate: Debi Slll9 Rectifylug section: Rektifikasyon klsPartial pressure: Klsml basm~ mi Pressure drop: Basm~ dli~lioli (kay- Reducer: Redtiksiyon bi) Reduction ratio: Ufalama oram Psychrometric: Psikrometrik, rutubet Reflux: Riflaks, geri akma, geri t~ma (nem) le ilgili Extract reflux: Ekstrakt rif!aks Psychrometric method: Psikrometrik Mlnhnum reflux ratio: Minimum rif. laks oram metod Reflux ratio: Riflaks oram Sllug psycrometer: Sapan tipi psikTotal reflux: Ttim riflaks rometre Op!hnum reflux ratio: Optimum rifPulley: Kasnak, ~ark, makara laks oram Drive pulley: Hareket kasnajp Rectification: Rektifikasyon Idler pulley: Avara kasnajp Bal!mtt Relationship: Pump: Pompa, tulumba Equilibrium relationship: Denge baCentrifugal pump: Santriffij pampa l!mttsi Clrculatlug pump: Doia~tm pompast Regulator: Regillat6r, ayarlayici Diphragm pump: Diyagramh pompa E!utriation pump: Y1kama pompas1 Pr~.s~~e regulator: Basm<; regulatorn (ayarlayici) Gear pump: Di~li pompa Piston pump: Pistonlu pampa Revolvlug rake: Doner tarak Plunger pump: Planjor!ii pompa Reynolds number: Reynolds sayisi Turblue pump: Turblu pampa Ring: Bilezik, halka Power pump: Kuvvet pompaSI Diffusion ring: Diffizyon bilezil!i Rotary pump: Doner pompa Rasching rlug: Rashiog halkast Self-prfmlng pumps: Kendilil!inden Roughness factor: Ptirtizltiltik faktl:irti harekete hazir pompalar Rolls: Siliudirler, merdaneler Vacuum pump: Vakum pompas1 Crushing rolls: Ufaltina silindirleri Volute pump: Helezoni (sa!yangoz) Fll~g rolls: Yapraklama silludirpompa en
874
875
-sSeat: Yuva, yatak Spring seat: Yay yuvas1 (yataljl) Seperator: Seperator, aymc1 Air seperator: Hava seperatOrii Centrifugal entrainment seper. · ' ; Santrifiij seperatOr Cyclone seperator: Siklon seperatOriL
Entrainment seperator: DamlaCl k tu· tucusu Selectivity: Se~icilik Settling: c;okelme Hindered settling: EngeL ·nmi~ (gecLktirllml~) ~5kelme
Bateh settling: Siireksiz (devams1Z) ~okelme
Eqnal settling veloclty: E~it ~okelme hm Free settling: Serbest ~okelm~ Teimlnal settling velocity: Son ~0kelme hm Settling rate: c;:okelme debisi Settling velocity: c;okelme hm Settling zone: c;:okelme bolgesi Seale formation: Kabuk te~ekkillii Schedule number: Katalog numaras1· Scraper: S>ymc•, kazly>Cl Screen: Elek Shaking screen: Sarsmah elek Standart screen: Standart elek Screen analysis: Elek analizleri Vibrating screen:· Ti!re~imli elek Wire screen: Tel elek Screwed: Vidal> (di~li) Outslde screw and yoke: D1~tan vida. h ve boyunduruklu Scrubber: Ylkayrc1 Shim: Kama, ara saCJ Single effect: Tek tesirli (kademeli) Single-pass: Tek g~i~ Single-stage: Tek kademeli ·single-suction: Tek emmeli Sight-feed bubbler: Gozetleme kab1 Sleeve: (;onilek, m~on Slope: El!fm Solubility: c;ozUnUrliLk
Solution: c;:ozelti, ~oziim Graphic solution: Grafik ~oziim Retained solution: Tutulan ~ozelti Solvent: c;ozUcU Spindle: Mil, mihvel, dingil Main spindle: Ana mil Spring: Yay, susta, zemberek Return spring: Germe yay> Valve spring: Valf yayr Stage: Kademe, basamak Equllibl'ium stage: Denge kademesi Steady state: Kararh hal Steam: Su buban, stim Exhaust steam: c;:uriLk buhar Open steam: c;:1plak bubar Steam drlven: Bubarla ~ah~tmlan Steel: c;:elik Stem: Mil, sap, govde Nonrlsing stem gate valve: Yiikselen siirgillu valf Rising stem gaye valve: Yiikselen milli valf Strainer:· Siizge~ Stripping section: Striping (s>ymna) klsm1 Stud: Saplama, c>vata Supersaturation: A~m doygunluk
-,.TTank: Tank, depo Storage tank: Depolama tank! Tee: T rakor Reducing (ee: Rediiksiyonlu T Temperature: Temperatiir, s1cakhk Absolute temperature:' Mutlak temperatiir Dry-bulb temperature: Kuru termo, metre tempel-atiirii Wet-bulb temperature: Ya~ termometre temperatiirU Tensile strength: Gerilme mukavemeti Thennal conductivity: Is1 iletkenlil!l Thickener: Ko~a~tmc1, klvamla~tmc1 Continuous thickener: Siirekli koyu. la~tlnCl · Tie-line: Baj!lantl dol!rusu Transportation of gases: Gazllmn ta~mmast
Tray: ',l'ava, teps!, sini Vacuum tray: Vakum tavas1
Trap: Kapan, tuzak, siirgii Bucket trap: Kovah kapan Expanslyon trap: Genle~meli kapan Inverted bucket trap: Ters kovah kapan Steam trap: Bubar kapanl Tripper: Bo~altma donanum Trommel: SilindirLk doner elek Tnmulon: Mil yatai!I Toggle bar: Mafsal ~ubuljll Tower: Kule, kolon Cooling tower: Su soljlltlna kulesi Mecbaulcal-dralft tower: MekanLk esintilf soljlltma kulesi Natural.dralft cooling tower: Tabit esintili soljllllna kulesi Packed tower: Dolgulu kolon (kule) Plate tower: Rafh.kolon (kule) Spray tower: Piiskiirtmeli kule Top-driven: tlstten hareketli Tube: . Boru , Finned tubes: Kanath borular Tubing: lnce boru Turbme: TUrbin, dolap, ~k . Shrouded turbine: Kapah tiirbin Fan turbine: Vantilator tiirbin
-UUnderdrlven: Alttan hareketli Underflow: Alt akml Uulfonnlty Index: Ayulhk endeksi Uult: Birim, Unite Conslstant uults: Uygun birimler Transfer uult: Transfer iinitesi Union: Di~li nipel
-VValve: Valf, ventil, vana, musluk Aligle valve: Eg;Jim!i vana Automatic valve: Otomatik vall' Check valve: Tek youlii akml valfi Discharge valve! Bb~alllna (bo~alma) valfi Gate valve: Konik yuvah valf Globe valve: Kiiresel yuvah valf
Quick opening valve: c,;abuk a~lhr valf Regulating valve: Aklm diizenleyen valf Suction valve: Emme valfi Vaporization: Bubarla~tlrma, buharla~ rna Constant molal vaporization: Sabit molal buharla~ma Vapor: Bubar Condenalog vapor: Yoj!unla~an buhar Saturated vapor: Doyrnu~ buhar. Velocity: H1Z. Average veloclty: Ortalama hlZ Distribution of veloclty: H1Z daljlhm1 Tangential velocity: Tej!etsel hlZ Vent: NefesiLk Vertical section: ~ey kesit VIscosity: Viskozite Uults of vlseoslty: Viskqzite birimleri Volatility: U~uculuk Relativl' volatility: Relatif u~culuk Volume: Hacim Free volume: Serbest hacim Humid volume: Rutubetli hacim Partlcal volume: Klsmi hacim Saturated volume: Doyrnu~ hac1m Specific volume: Ozgill hacun
-WWater: Su Bound water: Baj!h su Hydraulic water: Hidrolik su Free water: Serbest su Unhount water: Baj!s1Z su Water meter: .Su sayac1 Water hummer: Su darbesi (~kici) Wavelenght: Dalga boyu Weir: Savak, sed Discharge weir: Bo~alllna savaljl Welded: Kayuak11 Wetted prlmeter: Islatllan ~vre Wheel: c;:ark, tekerlek . Adjusting wheel: Ayar ~ark! Wlodlng: Sarg:, bobin Induction winding: EndLksiyon bobini
877
ALFABETIK FIHRIST
-A-
Azalan debi periyodu, 569, 577. Azeotropik kan~1mlar, 290.
Absorbtivite, 175. Absorpsiyon: fiziksel, 537.
-
- kimyasal, 534. Adyabatik: kan~ma, 309. olmayan kan~ma, 311. sogutma dogrulan, 443. Akm1:
paralel, 162. z1t (ters), 162. Hlminer, 36. ttirbOHinsh, 36. viskoz, 36. Ak1mmetre:
-
-8-
gaz, 483.
ttirbinli, 73.
Aktmmetreler, 68. Ak1skanlar: temiz, silindirik borular i~erisinde tOrbtilfinsh akimla akan, 149. boru topluluklanna dik bir dogrultuda ve
zorlanmts dolasimla akan, 153. borular ir;erisinde 11iminer ak1mla akan,
!55. AkJskanlann karakteri, 31. Akiskanlann OlctHmesi, 59. Ak1skan akimimn mekanizmast, 36. Ak1skan statigi, 32.
Amagat kanunu, 7. Analiz: - dimensiyonal, 144. - boyut analizi, 17. Asm tsmma ve kondensat temperati.iriintin tesiri, 225. A:Ymm1: - durultma ile biiyUkliik, 733. Ay1rma: - hidrolik, 734. - metodlannm uygulama alanlan, 732. Aymhk (iiniformiti!} endeksi, 715.
Bag!ant1: - &C9ffiC ZIVRnah, 78. BaglayJcllar: -·- basmca gOre ~Jmfland!nlmalan, 81. boru baglayJcJ!an (fitingler}, 81, 87. Bagh, bags1z ve serbest su, 566. Basm~:
- ~6ziic0 buhan baliimO.ndeki basm9, 227 - hidrostatik, 32. Basmcm etkisi, 661. Bast1rma metodlan, 274. Berl eyeri, 486. Bernoulli leoremi, 42. Besleme: ak1m temperatOriiniln tesiri, 224. rafmm ilstiindeki kolon klsmJ, 336. raf1 ve bunun altmdaki kolon k1smJ, 336. Birimler: birbirlerine uygun birimler, 16, 146. birimlerin dOnii~iimii, 15. kiitle ve enerji C$itliklerindc kullamlan hirimier, 333. molekiiler birimler, 4. temel ve tOretilmis birimler, 10. viskozite birimleri, 39. Birminghan wire gage (BWG}, 81. Boru, 78. demir boru, 79. dOkme demir boru, 78. ince boru, 81. kanath borular, 186. silindirik olmayan borular, 152. standard borular, 79. baglayJcilar (fitingler}, 81, 87. boru eklemleri, 82. kesitleri, (silindirik olmayan), 58. mukavemeti, 80.
I
878 Bo$altma: - donamm1, 802.
- metodlan, 802. Boyutlar ve birimler, 14. Boyutlu formiiller, 15. Bubar: - buhar - stVI dengesi, 281. - buharm SIVJ damlaciklan tasimasJ, 332. · BOziilmenin tesiri, 579.
-CCihazlar: - astarlanml$, 97.
-t;-
Egri: daiil1m egrisi, 409. entegral e~risi, 23. karakteristik e&riler, 118.
EjektOr (buhar- jet), 211.
i~in),
491.
Diren~:
klireden ba$ka geometrik ~e.killerin,.aki~ rna kar~1 gOsterdikleri diren~, 742.
muntazam olmayan taneciklerin hareke~ tine kar~1 koyan diren~. 742. viskoz ak1m direnci, 739. Direflf;ler (seri halinde, degi$ik), 135.
<;:ap:
Diyagramlar:
esdeter cap, 58. c;okelme: engellenmis, 751.
~OzUntirlilk ve denge diyagramlan, 407. denge diyagramlarl, 292. entalpi ~ bile~im diyajlramlan, ·308. kaynama noktas1 diya&ramlan, 283. logaritmik x ~ y diyagramlan, 343. Me Cabe - Thiele diyagramlan, 346. O~gen diya&ram, 392. Disk metre, 71 . DistiUlsyon: ·281 ~tplak buharla distiUlsyon, 327. ·denge distildsyonu, 294. -diferansiyel distiUisyon, 295. fla,s distilii.syonu, 294. petrol distiUlsyonu, 359. :su buhan distiUisyonu-, 391. Dittus- Boelter e$itli&i, 150. Dolgulu kule (kolon): bas1.n~ do~nsu. 495. disti!Asyon, 535. gaz absorpsiyonu, 502. SIVI - SIVI ekstraksiyonu, 537. Dolgulu kolon hesaplamalan, 358.
esit c;Bkelme h1zlan, 769. serbest c;6kelme, 738.
serbest c;Okelme ile taneciklerin bUyUkiUklerine gOre aytnlmasJ, 746. tOrbillansh ve g~is bOigelerinde c;okelme,
74(). <;<>ziintir!Ok, 507.
-DDagt!Jm levhalan: SIVI faz ic;in, 489. Dalton'un ktsmi basmc; kanunu, 7. DamlacJk tutucular, 218. Debi: · degisme debisi, 13. debi esitlikleri, 503. debi esitligi (gaz fazda ktitle transfer ic;in), 423. radyasyon debisi, 174:
deneysel degerlerden debi katsay1larmm hesaplanmas1, 470. Degirmenler: 781 a~tn derecede ince t)~titlllmil$ i.iri.in veren degirmenler, 786. boru degirmeni, 787. ~ubuk degirmeni, 788. Hardinge degirmeni, 788. kolloid deAirmeni, 789. Raymond deAirmeni, 785. santrifOj dejirmenler, 784. silindirik (merdaneli) degirmenler, 783. ~iii deB;irmeni, 776. ta~h deAirmenler, 781.
Dolgulu kolonda tsl ve kiltle transfeti, 461, Dolgu _malzemeleri: <;e$itli dolgu malzemelerine a it de&erler, 493. kule dolgu malzemesinin ozellikleri, 483. kule tipleri, 484. Doner ba~lantl, 554. Dorr: kan~tlfiCISI, 382. koyulastmc!st, 385. smlflandmciSI, 370. Doymu~ hacim, 439. D()nOm noktas1, 408. DOhring kaidesi, 288.
entalpi - bile~im ve Me Cabe ~ Thiele metodlannm kar$11asunlmasl, 346. entalpi - konsantrasyon diyagramstz he~ saplamalar, 235. entalpi fark1 (itici gilc; olarak), 463. hava - su buhart kans1mmm cntalpisi, 438. Entegrasyon {grafikle), 20.
-E-
Delikli tug!alar, 486. Denge: denge bagmtdan, 12. denge ile ilgili bilgiler, 612. kiltle dengeleri, ~Desintegrat6r, 788. Desorpsiyon, 506. Difi.izyon: difilzyon bilezi&i, 144. molekOier difiizyon, 430. difllzyon katsaydan (gazlar
879
Ejekt<>rler, 100, 125. Elek: 716. elek analizi, 717. analiz metodlan, 719. Hummer eleAi, ']25. tskarah elek, 721. Rotex elegi, 726. sarsmah elek, 724. silindirik d5ner 1:1• standart elekle:· I '· · titresimli elek!;:1, 72;,, Tyler stanrJart elek tablosu, 852 Eleme: cihazlann tipleri, 720. dolab1, 723. Elevatdrler, 818. Eleme (g6mlekli), 85. Eklemler (genle~meli), 86. Ekstrakt<>rler:
E~itlik:
Dittus- Boelter esirligi, 150. Fanning e~itligi, 49, 51. Hagen - Poiseuille e$itli8i, 40, 42, 51. Nusselt esitligi, 160. Rayleigh e~itligi, 296. E$itlikler: boyutlu C$itlikler, 16. boyutsuz e$itlikler, 16. boyut baktmmdan homojen ~itlikler, 16. OslO e$itlikler, 25. yilzey lSI transfer katsayilan i~in C$itlikler, 147.
kovah ekstraktOr, 377. Podbielniak ekstraktt)rO, 389. Rotosel ekstrakWri.i, 379. Ekstraksiyon: 368. ara kademedeki katilarm ekstraksiyonu,
370. ekstraksiyon alt ak1m bile~iminin bulunmast, 397. bOyUk par~ah katilarm ekstraksiyonu,
369. ekstraksiyon bataryasl, 370. ~ok kademeti ve Zit - aktmh ekstraksiyon,
401 . grafikle c;ozun{, 394. ekstraksiyon hesaplamalan (katt
~
stvl),
392. ekstraksiyon kuleleri, 388. ekstraksiyon rand1mam, 419. riflaks kullanan ekstraksiyon, 417. SIVI - SIVI ekstraksiyonu, 397, 406. ufak taneli katilann ekstraksiyonu, 382. ekstraksiyon onitesinin aktm ~emas1, 381. yagh tohumlann ekstraksiyonu, 376. Emisivite, 175. Enerji dengesi, 12. Engler viskozimetresi, 41. EnjCkt<>r, 100. Entalpi: entalpi - konsantrasyon di~·agramlanmn kullamhst, 619.
Evaporasyon: ~ok tesirli evaporasyon, 252. r;ok tesirli evaporasyon hesaplamalan, 264. ~ok tesirli evaporasyon prensipleri, 252. termo kompresyonlu evaporasyon, 272. 'EvaporatOrler: caketli evaporat6rler, 194. ~ok tesirli evaporaWrlerde ekonomi, 256. c;ok tesirli evaporatOrlerde kapasite, 256. do&rudan ate~ veya alevle IS!tdan evapo'ratOrler, 193. evaporatdrlerde ist ve ktitle dengeleri,
221. evaporat<>rlerde kaynama noktast yilkse. !SltlCi boruhtn yatay evaporatorler, 195. !Slttcl borular dti~ey evaporatOrler, 198. !SUlCI borulan uzun evaporat<>rler, 201. !Sitma sistemi,di~ta, zorlanmt$ dola~tm ti~ pi evaporatOrler, 203. Robert tipi evaporat<>rler~ 198. sepet tipi evaporatOrler, I99. spiral. borulu evaporat<>rler, 205. standard evaporatOrler, 198. Wellner- Jelinek evaporatOrO, 195. zorlanmt$ dola$tm tipi evaporat<>rler,
li~i, 258.
202.
-FFanning e~itli&i. 49, 51. Faz: ekstrakt faz .. 408. rafinat faz, 408.
880 FaLladan buhar ~ekimi, 262. Filtre: Cottrel elektro filtrcleri, 731. dOncr devaml! filrrelcr, 655. d6ner silindirik filtreler, 648. levhalann yap!SJ, 650. levha yap1h filtreler, 650 levhah filtrelcrin kullamlma alan ian, 666. Moore fihresi, 652. smJf!andJnlmasJ, 640. sUrckli c;ah~an filtrelcrin kullamlma alanIan, 668. Swetland filtrcsi, 653. .., tiplcrinin kar~IIa~tlfllmasJ, 666. torba filtreler, 728. Ustten beslemeli fihreler, 659. ymdJmcJ cihazlar, 664. yardJmCI maddeler, 663. Filtrepre<..\er: kullamlma alanlan, 666. - yapi!dJklan malzemeler, 650. y1kamah filtrepresler, 64-7. Filtra:'lyon (stizme), 640. Flanjlar, 83. Fourier kanunu, 133. Fraksiyon: - mol fraksiyonu, 4. Frahinasyon, 296. kolon yardJmcJ!an, 302. fraksina~yon kolonlannda lSI ve ktitle biJiin<;olan, 304.
-GGazlann
ta~mmas1,
123.
Genle~me,
183. GOri.i:;; a<;lst, 177. Grafik: besleme rafmm yerinin tesbiti, 318. denge kademeleri icin grafik ~Ozilm, 411. log - log grafikler, 25. rektifikasyon k1smt it;in grafik <;Oztim,
313.
.
striping ktsmt it;in grafik Grashof saytst, 144. Gri cisim, 175. Gruplar (boyutsuz), 20.
~Oztlm,
316.
Hava:
-K-
dOIU!;i!IDI, 594. On ISI[ma, 592. hava tutma, 115. hava rutubetinin dGzcnlenmesi, 436. havU - su sistemine ait kar!;ithkh ctkinin mekanizm;lSl, 457. hava su sistcmine ait problemterin grafik ~,;bzi.imii, 466. Henry kanunu, 289. H1z: htzlann dagtltml, 38. kabuk te~ekklll htzt, 250. kritik luz, 36. · ki.itlesel Juz, 152.
-I-
1st: 1st degi~tiriciler, 184. 1s1 degi~ririCiler (~ift borulu), 185. lSI iletkenli£,i, 134. 1s1 transfer katsaytlanna tesir eden faktbrler, 236. tSI kaybmm tesiri, 232. lSI transferi.(aki$kanlarda kondtiksiyonla). 140. tst transfer katsaytst (buhar filmine ait),
- Dilhring kaidesi, 228. Kanunlar: Amaga.t'tn k1smr hacimler kanunu, 7. Dftlton un k1smr basmt;Iar kanunu 7 Fourier kanunu, 133. ' · Gaz kanunlan, 6. Henry kanunu, 289. Kick kanunu, 791. mekanik kanunlar, 9. Raoult kanunu, 283. Rittinger kanunu, 789. Stefan- Boltzman kanunu, 174. ternel kanunlar, 2. Kapanlar: 213. dOnOmlfi kapanlar, 213. dOnOmsfiz kapanlar, 213. genle~meli kapanlar, 213. kovah kapanlar, 214. - ters kovah kapan, 215. Kaplamalar (metalik), 98. Kan~uncJ!ar:
~anbury kan~tmctsl, 705.
t;ift konili kan~ttnc 1 , 707. kan~tmcJ r;arklarm gilr; tOketimi, 71 J. kum "kan~tmctSI, 706. _ pervaneli kan~tmctlar, 702. pervaneli ve ttirbinli kan~tmcilann gOr; tOketirni, 712. tOrbin kan~tmctlar, 703.~
236. tst transfer katsay!Sl (degi~en), 164. tst transfer katsaytsma hidrostatik ytiklin tesiri, 239. tst transfer katsaytlan (tstttct borulan uzun ve dti~ey evaporatOrlerdc), 245. tSI transfer katsay1s1 (kaynayan t;Ozeltinin), 236. tst transferi (konveksiyon ve radyasyon-
la), 177. lSI transferi (paralel ve ters aktmlti), 162. tst transfer katsaytlan (tlim), 142. lSI transfer katsay1lan (zOrlanmJ~ dOIU$1Ill tipi evaporatOrlerde), 241. JSI tr;nsferi (zorlanmt~ konveksiyonla), 152. silindirik tabakalarda lSI transferi, 138. lSJUCilar: 181. · borulu lSlttCilar, 181. yilzen (hareketli) ba~hkh !Sit!Cllar, 183.
-HHacim: mol hacmi, 7. Hagen Poiseuille e~itligi, 40, 42, 51. Hal: denge hali, 12. kararh hal, 14. kararstz hal, 14.
Kabuk' t~ekkUIU, 250. Kaide:
-Iideal kademe (raf), 391. ikinci azalan debi periyodu, 578. ilk azalan debi periyodu, 578. izotermal olmayan ak1m, 58.
-
Y - ~ekilli kan~tmctlar, 707.
Kan~urma:
gazlarm S!Vdarla kan~tlnlmas 1 , 704. kan~abilen Slvilarm kan§tmlmast, 709. kan~tlrma t;arklannm karakteristikleri
705.
• 708. kattlarm az mikdardaki SIVIlarla kan~tt nlmasl, 714. katdann kattlarhi, kan~tJnlmas 1 , 706. katdarm S!Vtlarla kan§tmlmas 1, 705. sJvdann SlVIlarla kan~tmlmast, 701. viskoz maddelerin kan$hnlrnast, 704. kan~tlrma teorisi,
Karma: · - t;amur karma makinasJ, 707. Kasnak: -- devirici kasnrak, 802. Kat1lann ta§mmast, 797. Kay1plar: daralma kaytplan, 52. fitting Jerde kaytplar, 53·. ~eni~leme kayJplari, 52. hidrolik kaytplar, 117.
ka~ak kaytplan, 117. mekanik kay1plar, 117. sirktll§syon kay1plan, 117. sOrtOnme kay1pJan, 47.
:- atuhti, 807. geni~ligi ve htZI, 803. gilt; ihtiyact, 805. yapJst, 798. Katsay1: daralma katsay151 , 52. Orifiz katsaytsi, 62. ttim 1St transfer katsay1s1: 238 . yOzey katsaydan, 140, 142. yUzey katsaydan ile ilgili genet d0$0nce1er, 144. Kavitasyon, 121. Kaynama: habbeli kaynama, 158. kaynama noktast yUkseJmesi, 228. Kekler: stkJ~tmlabilen kekler, 680. - keklerin ytkanmas1, 685. Kmcilar: t;ah~malan, 794. t;eneli, 767. dO ncr konik, 769. K1rma: ktrma ile ilgili teori, 789. ktrma teorisinin bugOnko durumu 792 , kuma ve (}S;Otnie, 766. ' · ktrma ve (}gOtme cihazhinnm Slntflandtnlm?tSI, 766. · serbest k1rma, 794. ttkanmah kirma, 794. Ktsurma aciSI, 773. Koagulrler: ' kasah, 814. kay1sh, 797. kayJ~h konveyOrlerin r;ah~tmlmas 1 798 kayt~h konveyOr destekleri 799 ' · kay,~h konv'eyar gergileri, konveyOrlerin kullamldtgL alanlar, 828.
Boo. ·
883 882 kovah konveyOrler, 818. mekik {vargel) konveyOr, 803. pnOmatik konveyOrler, 826. SIYtnCI konvey6r projesinin hazlrlanmasl, 815. tablah konvey6rler, 216. vidah konveyOrler, 820. vidal! konvcy6r aSkJlan, 823. vidal! konvcyl>r oluklan (tekneleri), 822. Kovalar: - eltivat6r kovalan, 819. Koyula$ttnc1: ,
_
alammn hesaplanmas1, 761. devamstz «:;Okelme denemelerinin, devam~ h bir koluya$tlnc1 projelendirilmesine uygulanmast, 757.
Kozeny:
Kozeny C$itlil1;inin sm1rlamalan, 671. Kozeny ve Poiseuille arasmdaki ba8mtt, 671. K5pilk, 220. Kristaller: bUyUme debisi, 626. Gekirdekt:;iklerinin olusumu, 625. sekilleri, 601. kristallenme tarzl; 602. kristallcrin topaklanmast, 635. _ _
Kristalizat6rler: adyabatik pO.skOrtme ile so~utma yapan, 620. adyabatik ptisktirtme ile sogutma y.apan kristalizat6rler ic;:in grafik c;:OzUm, 622. bUyO.k kristaller O.reten kristalizaWrler, 612. dola:;; 1mh vakum kristalizatOrleri, 609. kristalizatOrlerde enerji bilanc;:osu, 615. kan~tlfiCih devams1z kristalizatOrler, 605 · kristal kristalizaWrti, 610. kristalizat6rlerde kUtle bilap.c;:osu, 615. kristalizaWrlerin smtflandmlmasJ, 602. Swenson Walter kristalizatOf0.,-605. tank kristalizatOrll, 607. vakum kristalizat6rU ile ilgili teori, 627. verim hesaplamalan, 614. kristalizasyon teorisi, 601. Kritik rutubet, 635. w
Ku\e: dolgulu kule, 301, 388. pO.skO.rtmeli kule, 389. rafh kule, 388 yap!SI, 486. Kurutma: 542. buzdan buharla$mma ile, 564. degi$en-kurutrha sart\an, 580. diclektrik JSJtma, 564.
k1z116tesi (infrared) radyasyonla kurutma, 563. kurutma debisi eg:rileri, 568. kurutma teorisine giri~,- 564. 6zel kurutma metodlan, 563. Kurutucular: - atmosferik, tek ve cift silindirli, 558. ask1 kurutuculan, 555. d6ner kurutucular, 548. dt>ner kurutucular ic;:in hesaplamalar, 581, 583. kurutucu hesaplamalan, 581. kurutucu kontrolleri, 596. kOnveyt>r kurutucular, 552 .. smJflandmlmasl, 543. maddelcrin, Jstttlan bir yO.zey yoluyla lSIt1ldtE1 kurutucular, 590. mekanik olarak kan$tlnlan kurutucular, 556. . ptiskllrtmeli kurutucular, 560. pOskilrtmeli kurutucular ile ilgili )1esaplamalar, 591. Roto Louvre kurutucular, 549. silindir kurutucular, 553. tek ve c;:ift silindirli kurutucular, 558. tepsili kompartman kurutucular, 544. tUne! kurUtucular, 547 · tUrbin kurutucular, 550. vakumlu, kompartman kurutucular, 545. vakumlu, tek ve c;:ift silindirli kurutucular, 559. w
Ktitle transferi: _ gaz fazda ktitle transferi, 422, 423 .. kUtle transfer katsayilanmn hesaplanmaSI, 426. kOtle transfer katsay1lanmn kovrelasyonu, 433. <
Kiltle transfer katsay1lan: gaz faza ait, 516. . •. SJVI faz ki.ltle transfer katsayJlannm korrelasyonu, 515. tUm kUtle transfer katsaylian, 510. Kynch teorisi, 758.
-LLa Bour pompast, 116. Lfiminer aktm: 51. _ Tanecik yapJstndaki topluluklar arasmda Himiner aktm, 669. Logaritmik ortalama, 139. Logaritmik ortalama yanc;:ap, 139.
I! I
I '
I
!
,I
I
-0-
-MMaddelerin aynlmas1: -- yottunluk farkhhklanndan faydalamlarak, 747. Magma, 610. Malzemeler (Ozel), 96. Manometreler, 33. basit monometrc, 33. - difcransiycl manometre, 33, 34. -- egimli manomctre, 35. Me Adams, 153. Me Cabe - Thiele diyagram1, 334. Metod: distilasyon metodlan, 294. dogrudD.n yer degi~tirme metodlan, 71. evaporatOr besleme metodlan, 260. matematik metodlar, 20. seyreltme metodlan, 74. Miers'in a~m doygunluk teorisi, 624. Mikroniz
-NNash Hytor Ufletici, 128. Nemlendirme: 451. nemlendirme cihazlan, 452. nemlendirme, nem giderme ve su sogutma, 422. debi katsaytlan, 474. Nem giderme, dolayh soEutma, 473. Nem gidericiler, 453. Newtonian siVllar, 42. Newtonian olmayan SlVIIar, 42. Nusselt e~itli&i, 160. Nusselt sayJSI, 144.
i)gUtme:
kapah devre 6AUtme metodu, 824.
-PPeclet saytsl, 151. Pitot ttipi.i, 66. Poi.re," 40. Pompalar, 98. basmc;:h hava porilpast, 98. c;:ift hareketli pampa, 102. dt.5 uc;:dan salmastralanml~ pompa, 103. diyagramh pampa, 107. dOner pompa, 109. dupleks pompa, 105. hclezoni pompa, 111. kendili&inden harekete ha.z1r pampa, 115. kuvvet pompalan, 105. La Bour pompas1, 116. pistonlu ve planj()rlti pompa, 100. pistonlu pampa, 101. pistonlu ve santriftij pompalann kar~ila~ tmlmasi, 122. planjOr pompa, 103. pistanlu ve planjOrlU pompa teorisi, 107. salyangoz pompa, ·, t.l2 santrifUj pampa, 110. santrifllj pompamn c;:ah$ni.a ~ekli, 116. sikloid pampa, llO. ,simpleks, dupleks ve tripleks pompalar, . 101. ttirbin pompa, 113. vakum pompas1, 210. Potansiyel (kimyasal), 423. Prandtl sayJst, 20, 144. P.firOzltiiO.k faktt>rU, 50. Psikrometrik metod, 447.
-R-
-0Operasyon degi~kenlerinin etkisi: btiyi.ime tipi kristalizatOrler, 633. - dolastm debisi, 632. - maj!ma yogunlugu, 630. Operasyon dogrulan: - operasyon doj!rulanmn cizilmesi, 338. - operasyon dogrularmm kesim yeri, 339. Operasyon ~artlarmm etkisi: - smtrlamalar, 634. Optimum riflaks oram, 358. Orifizmetre, 5?. Ortalama degerler, 24. Otomatik kontrol, 71.
'
Radyasyon, 132:, 172. gazlarda radyasyon, 176. 1st 6lc;:melerinde radyasyon hatalan, 180. Raf: kampanah raflar, 298. raf randtmam, 347. raf randtmam (tUm), 351. raf rand1mamna tesir eden faktt>rler, 349. raf say1smm grafikle bulunmas1, 341. teorik (denge) raft, 307. Rafl1 kulede absorpsiyon, 534. Raoult kanunu, 283. Rasehing halkalan, 485.
885
884 Rayleigh C$itli~i, 296. Rektifikasyon, 294, 296. - rektifikasyon ktsmt, 341. reftifik3.syon kolorllanmn yaptlt~lan, 297. RelU.tif u~ucukluk, 288. Reynolds denevi: 36. - Reynolds - Osborne deneyi, 36. - ,Reynolds saytsl, 20, 37, 144. Riflaks oramnm tesiri, 321. Robert difUzyon ):lataryalan, 371.
Rotomctreler, 67. Rutubet: 437. denge. rutubetinin miktan, 565. rutubetin bulunmast, 447. rutubet diyaj!ramlan, 439. rutubet ISISI, 437. rutubet tammlan, 436. rutubet yUzdesi, 437. Rutubetli: rutubetli hacim, 438. rutubetli hava ile su arasmda ka~1hkh tesir, 448.
-SSabit kaynayan kan$tmlar, 290. Sabit kuruma debisi periyodu, 572. Sabit kuruma debisi periyodunun sonu, 575. SantrifUjler: 688. altdan hareketli, 681. devamh t;ahsan, 692. devamstz ~ahsan, Ustden hareketli, 689. disk tipi, 696. dU~ey eksen etrafmda dOnen, 695. yan sflrekli c;ahsan, 693. Savaklar, 67. Saybolt viskozimetresi, 41. Sec;icilik, 409. Sedimantasyon, 734, 754. SeJ)erat6rler: hava, 728. - siklon, 727. - santrifUj, 220. Shank operasyonu, 370. Smtflandmcilar: Akms, 737. basit, 734. c;ift konili, 735. Dorr, 736. hidrolik su kullanan, 735. kllse tipi, 737. konik, 735. mekanik, 736. StVIlar: borular dtsmda akan stv1lar, 156. kaynayan s1Vllar, 157.
Newtonian stvdar, 42. Newtonian olmayan stvtlar, 42. stvt ge<;i$ borulannm tipleri, 299. Stymcilar, 802. Stzdtrmazhk levhast, 197. Silindir: - avara, 799. Silver deVamh difOzl.'lrU, 375. Sistem: cgs sistemi, 10. fps sistemi, 10. birbirlerinde ~Ozfinmeyen sistemler, 414. ikiden fazla komponcntli sistemler, 359. iki c;ifti smtrh c;()zUnUrlO~e sahip Oc;IU sis~ temler, 410. Sogutma: sogutma havuzlan (ptiskllrtmeli), 454. sogutma havttzlan ic;in debi katsaytlan. 475. kuleleri, 454. mekanik esintili so!tutma kuleleri, 457. tabii esintili so!tutma kuleleri, 454. mekanik esintili sogutma kuleleri ic;in dehi katsaytlan, 475. Spiral halkalar, 485. Spitzkasten, 734. Stefan- Boltzman kanunu, 174. Stpkes kanunu, 739. Striping, 506. Striping ktsmt, 341. Su buhan basmcmm sec;ilmesi, 226. Su darbesi, 93. Stirtilnme {borular ic;erisinde), 48. SUzge<;ler: sUzgec; bezi ic;in dOzeltme, 673. plaka ve ~en;eveli sUzge<;, 645. Ostden beslemeli, 553. Sozme: sabit basmc;da, 672. sabit debide, 683. sOzme ile ilgili teori, 659. sUzme teorisi ile ilgili smtrlamalar, 685. sOzme operasyonu, 661.
-$:]ebnem: - sebnem noktast, 439. - sebnem noktast metodu, 447. $ekil fakWrU, 152.
-TTabii konveksiyon (aktskanlarda), 155. Ta~ma noktast,_ 190.
Teorem: Bernoulli teorimi, 42. Teori: basmc;h hava pompast ile ilgili, 98. buhar kompresaru ile ilgili, 273. - ekstraksiyon (katt~siVI) ile ilgili 391. Teorik bir rafa C$deger yOkseklik, 537.' TemperatOr: temperattlr diistlstl, 230. - temperatOr farkmm degisilni, 161. - temperattirlln tesiri, 176. - temperattlr dagthmt, 141. Topaklanmamn llnlenmesi, 636. Transfer Oniteleri, 585. gaz filmine ait, 531. kavramt, 530. stvt filmine ait, 531. Tuz: tuzun bo$alttlmast, 215. tuz filtreleri (devamstz), 216.
-UUfalama oram, 793. UfalayJctlar (deAirmenler, OAOtiidiler): 771. - c;eki91i ufalaytctlar, 779. diskli ve konili, 775. silindirli (merdaneli), 771. silindirli, ufalaytcdann ser;imi, 772. Symons'un diskli ufalaytctst, -776. - tek silindirli (merdaneli), 780. Uzakhk: kolon c;apt ile raflar arast uzakhk bagmhst, 353. Uzunluk: esdeger uzunluk, 53.
-uOfle~:
Nash Hytor Ufleci, 128. santiffij Ofle9Ier, 128. - sikloidal Ufle9ler, 127. Onit operasyonlarm ilmi temelleri 2
-VValtlar: 88. basm<; kti<;Olten ve dOzenleyen, 93. cek valflar, 93. ~abuk a<;tlan valtlar, 92. konik yuvah valflar, 91. ktiresel yuvah valflar, 89. tek y6nlii aktm valflan, 93. - ·valflann yapddtklan malzemeler 95 VantilatOrler, 126. ' . Vena kontrakta, 60. Venturimetre, 64. Verim:
- bas-.!nC verimi, 108. volumetrik verim, 108. Viskozite: 89. reHitif viskozite, 40. . .,_ viskozite t.ftymt-, 40. Viskozimetreler: 41. · Engler, 41. Saybolt, 41.
-WWellner-Jelinek ~vaporat6n1, 195.
-YYa$ termometre: yas termometre temperatUril, 439. yas termometre teorisi, 440. yas termometre temperatilrtine tesir eden faktOrler, 441. Ytkaytctlar, 732. Yogunlasma: - damlactk tipi, 159. - filim tipi, 159. Yogunlasan buharlar, 159. Yo~unlasunctlar (kondens()rler), 205. barometrik, 205. dtl$0k seviyeli, 206. kuru, 206. paralel aktm, 206, 208. temas tipi, 206, 207. ya$, 206. yOzey tipi, 206. . ztt aktm, 206. YoAunlastmct secimi, 209. Yo~unlasmayan gazlann uzaklastmlmas 1, 263. o5 urma makinast, 705. YUk: basmc yUkU, 45. luz yOkO, 45. hidrostatik yOk, 44. potansiyel yUk, 45. stlrttlnme yUkO, 45. YOkleme noktast, 491. YOkleyiciler, 801.
Y
-ZZincirler: 808. ~elik,
812. pimli, 810. yumusak s()ktllebilen, 809. yumu$ak _(esnek), zincirlere ait, tabla. 831. Ztt aktm dekantasyonu, 385. Ztt aktm dekanlasyonu {sUzgecli), 386.
Kimyasal Proses EndUstrileri R. N. SHREVE - J, A. BRINK •CHEMICAL PROCESS INDUSTRIES• l~indekl konular
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22.
23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 35. 36. 37. 38. 39. 40.
KiMYASAL VE FtziKSEL TEMEL ~LEMLER KiMYASAL MADDE tlRETI.Mt VE Kllin'A MtlHENDtstNtN Gi}REVLER1 SU SAFLA§TmMA VE CEVRE KiRLENMESiNt KONTROL ENERJi, YAKlTLAR, iKLiMLEME VE SOl:iUTMA K0MtlR K:IMYASAL MADDELERt GAZ YAKITLAR ENDtlSTRiYEL GAZLAR ENDtlSTRiYEL KARBON SERAMiK ENDtlSTRiLERt PORTLANJ) CiMENTOLARI, KALSiYUM VE MAGNEzyUM BiLE$1KLER1 CAM ENDtlSTRiLERt TUZ VE CE$iTLt SODYUM BiLE$iKLERi ),!:LOR - ALKALt ENDtlSTRiLERl ELEKTROLiTiK ENDtlSTRiLER ELEKTROTERMAL ENDtlSTRiLER FOSFOR ENDtlSTRiLERi POTASYUM ENDtlSTRiLERi AZOT ENDtlSTRiLERi KtlKtlRT VE StlLFtlRiK ASID HiDROKLORiK ASiD VE CE§iTLt iNORGANiK KiMYASAL MADDELER NtlKLEER ENDtlSTRiLER PATLAYICI MADDELER, ZEHiRLi K:IMYASAL MADDELER VE ROKET YAKITLARI FOTOGRAF tlRtlNLERi ENDtlSTRiLERi YtlZEY fiRTME (KAPLAMA) ENDtlSTRiLERi GIDA MADDELERt VE YAN tlRtlNLERt tlRETEN ENDfiSTRiLER TARIM K1MYASAL MADDELERl ENDfiSTRiLERi KOKU, TAD VE LEZZET. VEREN MADDELER VE GIDA KATKt MADDELERi SIVI VE KATI YAl:iLAR, M~AR SABUN VE DETER.TANLAR §EKER VE Ni§ASTA ENDtlSTRiLERi FERMENTASYON ENDtlSTRiLERt ODUN KiMYASAL MADDELERi KAl:iiT HAMURU VE KAl:iiT ENDtlSTRiLERt SENTETiK ELYAF VE FiLM ENDtlSTRiLERt LASTiK ENDtlSTRtLERi PETROL RAFiNASYONU PETROK:IMYASAL MADDELER ABA MADDELER, BOYAR MADDELER VE UYGULAMALARI FARMASOTiK ENDtlSTRt
St nai Stokiometri "Endtistride Ktitle ve Enerji Hesaplamalan" Yazan: Prof. Dr. ihsan CATALTA~
i
Kimya Miihendisligi ve Smai Stokiometri Problem <;:ozme Teknigi Olc;:ii Sistem ve Birimleri Grafik ve Diyagramlarla Problem <;:oziimii Temel Stokiometrik Bagmtdar Gaz Hali 1le 1lgili Bagmtdar . Buharla~ma ve Buhar Basmc;:lan Buhar - Gaz Kan~Imlan ve Buharla Doyurma Fazlar Kaidesi ve Faz Dengeleri Proses ve Operasyonlarda Kiitle Bilanc;:osu Yakttlar ve Yanma Prosesleri Kiitle ve Enerji Bilan<;olanmn Endiistriye Uygulanmas1 Proses ve Operasyonlarda Ekonomik Bagmtllar <;:ozi.imlii Omek Problemler
SPIDER ARGEM
Ceyhun YUJ\:SEL Makine- 1\imva Mlilwndisi
Kimya Endilstrisinde Organik Prosesler lve2 . . '
"
'
'
P.li.
'
G~ggins «Unit. Processes in Organic. Syntesis• i{'indeki konular
1. 2. 3. 4. · 5. 6: 7. 8; 9. ·10. 11. 12. 13. 14; 15. 1.6. ·
Termodina!Tiigin .tlnit Proseslere Uygulanmas1 Kimyasal Kinefik · Kimyasal Proses Kinetigi Nitrolarna ti{dirgeme ile Aminasyon Halojenasyon Sulfonasyon .ve Sulfasyon AmonoJiz· He Aminasyon Oksidasyon Hidrojena~on
Hidrokarb<:m_ Senteii ve Hidroforniilasyon Esterle~tirme · Hidroliz Alkilasyon . _ . -.· KlSlm t: Poli111er KimyasmmPrensipleri KlSlrn 2 .. Polimerizasyon -Teknolojisi
