10 7,5 5 2,5 1,5 1 0,7 0,5 0,3 0,1 0,05 0, ,3 10 2,2 0,8 0,3

Transkript

1 DENGE VERİLERİNİN HESAPLANMASI 15 C deki SO2 kısmi basınçları 100 H2O daki SO2 SO2 kısmi basıncı (mm- Hg 10 7,5 5 2,5 1,5 1 0,7 0,5 0,3 0,1 0,05 0, ,3 10 2,2 0,8 0,3 [Kütle Aktarımı ve Kütle Aktarım İşlemleri, ALPAY Erden] 760 mmhg 1,8 atm = 1368 mmhg 1 atm Y A1 = P A P X A1 = = 567 mmhg 1368 mmhg = 0,41447 m A M A m A M A + m B M B = = 0, ,8 atm ve 15 C deki denge verileri aşağıdaki tabloda verilmiştir. XA 0, , , , , , , , , , YA 0, , , , ,0519 0, , , , , , , , , , , , ,00022 x max = 0,0245

2 V = V 1 (1 y 1 = 300 kmol h L min hesaplanması: (1 0,37 = 189 kmol h L min ( x 2 1 x 2 + V ( y 1 1 y 1 = L min ( x max 1 x max + V ( y 2 1 y 2 L min ( 0 0, ( ,37 = L min ( 0,0245 0, ( 1 0, ,01 L min = 4343,6 kmol h L = 1,7 L min = 1,7 4343,6 = 7384,119 kmol h L ( x 2 1 x 2 + V ( y 1 1 y 1 = L ( x 1 1 x 1 + V ( y 2 1 y ,199 ( 0 0, ( ,37 = 7384,119 ( x ( 0,01 1 x 1 1 0,01 x 1 = 0,01456 olarak bulunur. OPERASYON EĞRİSİNİN OLUŞTURULMASI L ( x 1 1 x 1 x 2 1 x 2 = V ( y 1 1 y 1 y 2 1 y 2 x 2 = 0 (Saf su L ( x 1 1 x 1 = V ( y 1 1 y 1 y 2 1 y ,119 ( x 1 1 x 1 = 189 ( y 1 1 y 1 0,01 1 0,01 Denkleminden diğer işletme noktaları için belirlediğimiz y değerlerine karşı x değerleri bulunarak operasyon doğrusu çizilir. Operasyon denge verileri ; x 1 0 0, ,0355 0, , ,0106 0,0122 0,01456 y 1 0,01 0,1 0,13 0,17 0,25 0,3 0,33 0,37

3 Denge ve Operasyon Grafiği 0,450 0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 0,000 0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 KOLON ÇAPININ BULUNMASI 15 ve 1,8 atm de fiziksel özellikler Kükürtdioksit(SO 2 Hava Su Yoğunluk (/m 3 4,8765 2, ,1026 Viskozite (/m.s 12,285* ,121*10-6 1,1618*10-3 (bkz. kaynaklar 1,2,3,4 Sıvı faz yoğunlığu = ρ L = 999,1026 m 3 Kolonun dibinde gazın ortalama molekül ağırlığı; M G = (0,37(64 + (0,63(29 = 41,95 kmol Gaz fazın yoğunluğu = ρ G = (1,8(41,95 = 3,196 (0,082(288,15 m3 Kolon çapını gaz ve sıvı debilerinin en yüksek değerlerde oldukları kolonun dip koşullarında hesaplamak gerekir. V = ((189(0,37(64 + (189(0,63(29 = 7928,55 h h 3600s = 2,20 s L = (7384,119(0,01456( ,119(1 0,01456(18 = ,26 h = 38,29 s h 3600s

4 G = 300 kmol h ( h 3600s 41,95 kmol = 3,495 s L ρ G = 38,29 G ρ L ρ G 3,495 3, ,1026 3,196 = 0,62 Dolgulu kolonda taşma hızı grafiğinden; G 2 0,1 C f μ L = 0,045 olarak okundu. ρ G (ρ L ρ G 25 x 25 Seramik Raching Halkası için; C f = 155, G = G F = 1,348 m 2 s 3 μ L μ su = 1, ms

5 Kolonun dibinde gazın ortalama molekül ağırlığı; M G = (0,37(64 + (0,63(29 = 41,95 kmol U GF = G F ρ G = 1,348 3,196 = 0,422 m s Kabul edilen çalışma hızı taşma hızının %50 si olarak alınırsa; U G = 0,5 U GF = 0,211 m s Buradan; U G ρ G = G = 0,211 3,196 = 0,674 m 2 s olduğundan; G 2 0,1 C f μ L (ρ G (ρ L ρ G = (0,6742 (155(1, ,1 = 0,011 3,196 (999,1026 3,196 Bu değer yardımıyla grafikten basınç düşüşü yaklaşık P L = 110 Pa olarak bulunur. m

6 KOLON KESİT ALANI VE ÇAP A C = G G = 3,495 = 5,18 m2 0,674 D C = ( 4G πρ G U G 0,5 0,5 4 3,495 = ( π 3,196 0,211 = 2,57 m ISLANMA KONTROLÜ Islanma oranı; L w = L ρ L a p Ac a p = 190 m 2 /m 3 L w = 38,294 m3 = 3, (999,1026(5,18(190 ms Bu değer tavsiye olunan minimum değer (2 10 koşullar sağlanmış olur. 5 m3 ms den büyük olduğundan gerekli AKTARIM BİRİMLERİNİN YÜKSEKLİKLERİNİN BULUNMASI 8 işletme noktası için Schimidt sayılarının hesaplanması gerekir; μ L Sc L = D AB ρ L μ G Sc G = D AB ρ G İlk önce işletme noktalarındaki gaz ve sıvı akımlarının viskozite ve yoğunlukları hesaplanır. y=0,01 deki işletme noktası için; ρ L = x. ρ SO2 + (1 xρ su = 0(4, (1 0(999,1026 = 999,1026 /m 3 μ L = 1, /ms M G = (0,01(64 + (0,99(29 = 29,35 kmol ρ G = (1,8(29,35 = 2,236 (0,083(288,15 m3

7 Gaz Karışımının Viskozitesinin hesaplanması; X i ve X j karışımı oluşturan her bir bileşenin mol oranını ifade etmektedir. X ij terimi ise molekül ağırlıkları ve viskozitelere bağlı bir büyüklüktür. Karışımın viskozitesi ; (5 Formülü ile bulunur. 5 μ G = 1, ms (5 Bu işlemi operasyon doğrusu noktalarında yaptığımızda sonucun yaklaşık olarak aynı kaldığını gördük. Diğer işletme noktaları için hesaplanan veriler aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. X Y ρ G μ G ρ L μ L 0 0,01 2, ,01E-5 999,1026 0, , ,1 2, ,01E-5 996, , , ,13 2, ,01E-5 995, , , ,17 2, ,01E-5 994, , , ,25 2, ,01E-5 990, , , ,3 3, ,01E-5 988, , , ,33 3, ,01E-5 986, , , ,37 3, ,01E-5 984, , y=0,01 deki işletme noktası için; SO 2 Su için 15 deki; 9 m2 D AB = 1,67 10 s Sc L = (6 μ L 0, = D AB ρ L (1, (999,1026 = 696,3332 SO 2 Hava için 25 deki; 4 m2 D AB = 0, s (6

8 D AB2 = D AB1 P 1 ( T 1,75 2 = 0, ,75 P 2 T 1 1,8 ( m2 6 = 9, s Sc G = μ G 1, = D AB ρ G (9, (2,23211 = 0,4987 Diğer işetme noktaları için Schimdt sayıları hesaplanarak tablo halinde aşağıda verilmiştir. X Y Sc L Sc G 0, ,01 696,3332 0,4987 0, ,1 698,1247 0, , ,13 698,8042 0, , ,17 699,7866 0, , ,25 702,0658 0, , ,3 703,7548 0, , ,33 704,8891 0, , ,37 706,5696 0, İşletme noktalarındaki sıvı ve gaz akış debileri işletme noktaları için aşağıdaki tabloda verilmiştir; X Y L'(/h V'(/h L'(/m 2 h V'(/m 2 h 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,53668 H L ve H G nin hesaplanması: H L = a( L μ L b Sc L 0,5 a = 0,00235 ve b = 0,22 (Seramik Rasching Halkası 25 x 25 H L = 0,00235( 25659, , ,22 696,3332 0,5 = 2, H G = α(v β (L γ Sc G 0,5

9 α = 0,56 β = 0,32 ve γ = 0,51 (Rasching Halkası 25 x 25 H G = 0,56(1087, ,32 (25659, ,51 0,4987 0,5 = 0, Diğer işletme noktaları için aşağıdaki tabloda verilmiştir. X Y H L H G 0, ,01 2, , , ,1 2, , , ,13 2, , , ,17 2, , , ,25 2, , , ,3 2, , , ,33 2, , , ,37 2, , k x ve k y nin HESAPLANMASI H L = L k x a p S k x = L H L a p S = 25659,09986 (3, (190(5,18 = 2, V H G = k y a p S k y = V H G a p S = 1087, (0, (190(5,18 = 9, Diğer işletme noktaları için aşağıdaki tabloda verilmiştir. X Y k x k y 0, ,01 2, , , ,1 2, , , ,13 2, , , ,17 2, , , ,25 2, , , ,3 2, , , ,33 2, , , ,37 2, ,

10 DİFÜZYONU ARAYÜZEY KONSANTRASYONLARINI BULUNMASI eğim = k x = 2, = 0, açı = 17,43 k y 9, İlk tahmin; x A i y A i =0,00065 (Grafikten okunur = 0,005 (Grafikten okunur (1 x A ln = (1 x AL (1 x Ai (1 0 (1 0,0002 ln ( (1 x AL = = 0, x ln ( 1 0,0002 A i (1 y A ln = (1 y Ai (1 y AG ln ( 1 y = Ai 1 y A G eğim k x (1 x A ln = k y (1 y A ln 2, ,999 9, ,992 (1 0,0 (1 0,01 ln ( 1 0,0 1 0,01 = 0,992 = 0, açı = 17,31 Açı değerleri birbirine çok yakın olduğundan tahmin değerleri kabul edilir. Diğer işletme noktaları için y A i, (1 y A ln, (y y A ve (1 y değerleri aşağıdaki tablodadır. i x y k x k y y i y y i 1-y (1 y i ln 0, ,01 2, , ,005 0,005 0,99 0, , ,1 2, , , , ,9 0, , ,13 2, , ,105 0,025 0,87 0, , ,17 2, , ,14 0,03 0,83 0, , ,25 2, , ,215 0,035 0,75 0, , ,3 2, , ,265 0,035 0,7 0, , ,33 2, ,2412 0,295 0,035 0,67 0, , ,37 2, , ,31 0,060 0,63 0,659545

11 KOLON YÜKSEKLİĞİNİN HESAPLANMASI y 1 Vdy z = k y a v S(1 y(y y A i y 2 (1 y A ln β = V k y a v S(1 y(y y Ai (1 y A ln y 1 z = βdy y 2 a v = a p (kabul edildi β değerleri aşağıdaki tabloda hesaplanmıştır y V k x k y y A i y y Ai 1-y (1 y A ln β 0, , , ,005 0,005 0,99 0, ,1193 0, , , , , ,9 0, ,9756 0, , , ,105 0,025 0,87 0, ,3886 0, , , ,14 0,03 0,83 0, ,3273 0, , , ,215 0,035 0,75 0, ,5381 0, , , ,265 0,035 0,7 0, ,5247 0, , ,2412 0,295 0,035 0,67 0, ,0754 0, , , ,31 0,060 0,63 0, ,55558

12 Grafik Başlığı ,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 Yukarıdaki grafiğin altında kalan alan kolon yüksekliğini verir. Excel ile trapez kuralı uygulanarak gerçekleştirilen hesaplamada 0,37 z = βdx = 78,51 m 0,01 olarak bulduk. TÜM KOLONDA BASINÇ DÜŞÜŞÜ P L 110 Pa/m olarak bulmuştuk. Dolayısıyla tüm kolondaki basınç düşüşü, P L 110 Pa m x 78,51m = 8636Pa = 8,64 kpa

13 KAYNAKLAR (1 (2 Chemical Properties Handbook, Carl L. Yaws (3 (4 Termodinamik ve Transport Büyüklüklerin Hesaplanması İçin Formüller ve Tablolar, Yrd.Doç. Dr. Mustafa EYRİBOYUN, ZKÜ Fen Bilimleri Enstitüsü-Makine Mühendisliği Anabilim Dalı (5 Kütle Aktarımı ve Kütle Aktarım İşlemleri, ALPAY Erden (6