KMB0404 Kimya Mühendisliği Laboratuvarı III GAZ ABSORSPSİYONU. Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

Transkript

1 GAZ ABSORSPSİYONU Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 1

2 1. Amaç Kuru kolon boyunca havanın basınç değişimi ile kolon içinde aşağı yönde akan suya absorbe olan CO2 miktarını tespit etmek. Öğrenme çıktıları a. Hava akış hızına bağlı olarak değişen kolon içindeki hava basınç değişiminin bulunması b. Dolgulu kolonda suya absorbe olan CO2 miktarının bulunması c. Deneysel verilerin analiz edilmesi ve yorumlanması d. Deneysel sonuçların bir rapor halinde sunulması 2. Genel Bilgiler Gaz absorpsiyonu, bir gaz karışımının içerdiği bir ya da birden fazla bileşeni çözmek üzere uygun bir sıvı ile temas ettirilerek, gaz bileşenlerin sıvı çözeltilerinin elde edilmesi işlemidir. Yani, absorpsiyon, çözünebilir gaz halindeki bileşenin bir gaz akımından bir çözücü sıvıda çözünmesiyle alınması olarak tanımlanabilir. Absorpsiyon difüzyonel bir kütle aktarım işlemidir. Burada kütle aktarımı için gerekli olan yürütücü güç derişim farkıdır. Adsorpsiyon; ya gaz ya da sıvı karışımlarından maddeleri uzaklaştırmak için özel katıların kullanıldığı bir prosestir. Adsorpsiyon yüzeyde gerçekleşen bir olaydır; moleküller yüzey tarafından yakalanır. Absorpsiyonla karıştırılmamalıdır. Adsorpsiyon ve absorpsiyon iki farklı prosestir; absorpsiyonda moleküller yüzey tarafından değil hacimce yakalanır; yani absorpsiyonda çözünen, şişen madde içinde dağılır. Desorpsiyon bir maddenin başka bir maddeden serbest kalması, uzaklaşması olarak tanımlanabilir. Desorpsiyon moleküllerin bir yüzey üzerinden veya yüzey içinden geçerek maddeden ayrılması ile gerçekleşir. Gaz absorpsiyon prosesinin bazı uygulama örnekleri aşağıda verilmiştir: Uygulanan Gaz Absorplanan Gaz Çözücü Amaç Kok fırın gazı Amonyak Su Yan ürün geri kazanımı Metanolden formaldehit Formaldehit Su Ürün geri kazanımı üretim gazları Baca gazı Sülfür dioksit Alkali çözelti Kirlilik uzaklaştırma Doğal gaz Propan ve bütan Kerosen Gaz ayırma Yanma ürünleri CO2 Sulu amin Gaz ayırma Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 2

3 Gaz absorpsiyonu işlemlerinde üç temel basamak vardır: 1) Gaz ve sıvının uygun bir düzenekte temasını saplanması 2) İki fazın birbiriyle dengeye gelmesinin sağlanması (gazdan sıvıya kütle aktarımı) 3) Gaz ve sıvı fazlarının birbirinden ayrılması 2. basamaktaki kütle aktarım hızı: İstenen maddenin her iki fazdaki derişimine Her bir fazın kütle aktarım katsayısına Maddenin sıvıdaki çözünürlüğüne Düzenekteki gaz-sıvı yüzey alanına bağlıdır. Gaz ve sıvı fazların temas şekline göre absorpsiyon sistemleri aşağıda verilmiştir: 1) Kademeli temas (Kademeli kolon) 2) Diferansiyel temas (Dolgulu kolon, ıslak duvar kolonu, sprey kolon) Kullanılan çözücünün özellikleri: İyi çözme özelliği olmalıdır. Uçucu olmamalı Korozif olmamalı Kararlı olmalı ve kolay bozunmamalı Düşük viskoziteli olmalı Köpük oluşturmamalı Alevlenmemeli Ucuz olmalıdır Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 3

4 Deneysel Çalışmalar Deney düzeneğinin basitleştirilmiş prosesi aşağıda verilmiştir: 3.1 Gaz Absorpsiyon Kolonu Kütle Aktarım Deneyleri-1 Amaç: Hava akış hızının bir fonksiyonu olarak kuru kolon boyunca havanın basınç değişimini tespit etmek. Deneyin yapılışı: Hava akış hızı 0,2-1,6 m 3 /h arasında 0,2 aralıkla artırılır. Her bir hava akış hızı için basınç değerleri okunur. Okuma yapabilmek için U-tipi manometrelerin üstünde bulunan 3 ball tipi vana kapalı olacak biçimde önce V8 sonrasında V9 ve V25 vanaları açılır. Manometreler kolonda tepe ve dip basıncını ölçer. İki manometredeki gözüken değerler aşağıdaki tabloya kaydedilir. Değerlerin logaritmaları ile hava akış hızı-basınç değişimi grafiği çizilir ve yorumlanır. Hava akış hızı (m 3/ h) Manometre (tepe) mm/h2o Manometre (dip) mm/h2o Basınç farkı mm/h2o 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 4

5 3.2 Gaz Absorpsiyon Kolonu Kütle Aktarım Deneyleri-2 Amaç: Dolgulu kolonda suya absorbe olan CO2 gaz miktarının titrasyonla bulunması ve gerekli hesaplamalar ile molar akış hızları ve sıvı ve gaz yüklemelerin gösterilmesi. Teorik Bilgi: Henry Yasası: Belli sıcaklıkta bir gazın bir sıvıdaki çözünürlüğü sıvı üstündeki gazın kısmi basıncıyla orantılıdır. Bu kural Henry yasası olarak bilinir ve ideal çözeltilere uygulanır. C=k.Pi C: gazın çözünürlüğü (M) k: Henry Sabiti (M/atm) Pi: Kısmı basınç(atm) Henry yasasının farklı bir formülü aşağıdadır: Pi= H.xi V(Hacim)= sabit Pi= yi.p ise y i = ( H P ) x i H: Henry sabiti yi: Buhar fazında mol kesri xi: Çözelti fazında mol kesri Deneyin yapılışı: Su akış hızı 300 lt/sa, hava akış hızı 5 lt/dak ( 0.3 m 3 /h) ve CO2 gaz akış hızı 1,2 lt/dak. Olacak şekilde ayarlanır. Sistem çalıştırılır. 20 dk sonra K1 ve K2 kolonlarından 20 ml örnek alınarak titrasyon yapılır. Titrasyon için 0,5 M NaOH ile indikatör olarak 2-3 damla fenolftalein kullanılır. Sarfiyatlar kaydedilir. Hesaplamalar: İdeal gaz kanunlarına göre: P1V1 T1 = P2V2 T2 Böylece: V std,hava = V hava,deney P deney T std P std T deney Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 5

6 Molar Hava Akış Hızı: N hava = V hava,std V std Vm= Molar Hacim Molar Su Akış Hızı: N su = V suρ su M su Gaz ve Sıvı Yüklemeleri: Y i = N i Absorblanmış gazın molar akış hızı = N G Gaz karışımından ayrılan gazın (hava) molar akış X i = N i Absorblanmış gazın molar akış hızı = N L Saf absorbanın molar akış hızı (su) Yi : Gaz fazındaki yükleme, gaz yüklemesi Xi : Sıvı fazındaki yükleme, sıvı yüklemesi Sıvı ve gaz yüklemelerin buhar basınçları cinsinden gösterimi aşağıda verilmiştir: x i X i = 1 x i y i Y i = 1 y i Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 6

7 Kaynaklar 1. Yıldız Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliğ Laboratuvarı 1 Deney Föyü 2. Prof. Dr. A. Karaduman Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Absorpsiyon Ders Notları 3. Experiment Instructions, GUNT CE 400 Gas Absorption 4. Bahattin Soydan vd., Fizikokimya Çözümlü ve Yanıtlı Problemleri, (İstanbul: Der Yayınları, 2013) Bursa Teknik Üniversitesi DBMMF Kimya Mühendisliği Bölümü 7