REAKTÖRLER V Q. t o ...(1.1)

Transkript

1 REAKTÖRLER İçide kimyasal veya biyljik reaksiyları gerçekleşirildiği aklara veya havuzlara reakör adı verilir Başlıa dör çeşi reakör vardır: Tam Karışımlı Kesikli Reakörler: Reakör dldurulup işlem yapılır Reaksiy suda reakör bşalılır Reakörde şiddeli karışırma yapılır 2 Pis Akımlı Reakörler: Bu ip reakörlerde ejeke edile bir iz maddesi sıvı ile hiç karışmada belirli bir zama sra reakörde çıkar Sıvı hızı, aye bir pisu harekei gibi eie kesii büü kalarıda ayı kabul edilir Gerçeke böyle bir akım mevu değildir Bu ip reakörler, ideal reakörlerdir Dar ve çk uzu reakörlerde akım, pis akıma yaklaşır Pis akımlı reakörlerde, sıvıı reakör içideki bekleme süresi, l la v va ()

2 REAKTÖRLER Burada, Bekleme süresi l Reakör uzuluğu v Sıvıı hızı A Reakörü ekesi alaı Reakör hami Sıvıı debisi Tam Karışımlı Sürekli Akımlı Reakörler: Bu ip reakörlerde, reaköre gire madde veya sıvı ai larak karışır Buu içi reakörü mekaik larak çk şiddeli bir şekilde karışırılması gerekir Böylee, herhagi bir zamada reakörü her kasıda madde ksarasyu ayı lur 4 Rasgele Akımlı Reakörler: Praikeki reakörler, giriş ve çıkış eribaıa ve reakör byuua göre, pis akımla am karışım hali arasıda buluur

3 REAKTÖRLER Çeşili reakörlere sürekli iz maddesi ejeke edilmesi veya bir mikar iz maddesii reakör girişie ai larak bırakılması halide, çıkış arafıda alıa ümuelerde bu maddei ksarasyu zamala değişimi Şekil de göserilmişir Burada giriş ksarasyuu, ise çıkış ksarasyuu gösermekedir Praike reakörlerde, pis akımla am karışım hali arasıda rasgele durumlar meydaa gelir (Şekil ) Rasgele durumları maemaik ifadelerle aımlamak zrdur Bu edele,kimyasal ve biyljik emel işlemleri hesabıda geellikle basi lduğu içi, Hesaplamalarda pis akımlı ve karışımlı mdeller kullaılmakadır

4 REAKTÖRLER Pis akımlı reakör am karışımlı reakör rasgele akımlı reakör C C C Sürekli ejeksiy C C C Ai ejeksiy Şekil Çeşili reakörlere iz maddesii sürekli ejeksiyu veya ai ejeksiyu halide çıkışa madde ksarasyuu zamala değişmesi

5 TAM KARIŞIMLI KESİKLİ REAKTÖRLER Tam Karışımlı Kesikli Reakörlerde Madde Dispersiyu Tam karışımlı kesikli reakörler kapalı sisemlerdir Böyle bir reakörde reaksiy gerçekleşirke, bileşim ve reakalarla ürüleri dağılımı zamaa bağlı larak değişir Reakörde ksarasy gradiei lmayaak şekilde, yeerli hızda bir karışım yapılmakadır Bu ip reakörler, çalışıla madde mikarları az lduğu zama, pahalı lduğu zama veya ksik lduğuda kulllaılırlar Şiddeli bir karışırma yapıldığıda dlayı, reakör içideki reaka ve ürüleri ksarasyları üifrmdur Madde giriş ve çıkışı lmadığıda, böyle bir reakörde, madde kruum deklemi aşağıdaki gibi yazılabilir:

6 TAM KARIŞIMLI KESİKLİ REAKTÖRLER d( i d ) r( () Burada, i i maddesii ksarasyu Reakör hami r Reaksiy hızı i maddesii ksarasyu zamala azalıyrsa r(i) erimi egaif lur i ksarasyu zamala arıyrsa, r(i) erimi pziif lur sabi lduğuda () deklemi aşağıdaki gibi yazılabilir: i ) d 0 i, 0 i d r i i (4)

7 TAM KARIŞIMLI KESİKLİ REAKTÖRLER Şaye r(i) biliiyrsa, i maddesii i, da i ye döüşümü içi gerekli zama (4) deklemide buluabilir Ayrıa reakörü hami de hesaplaabilir Örek : Birii merebe kieiğie göre ayrışa bir aık, kesikli reakörde işleme abi uuluyr Reakörü dldurulup işlem yapılması ve bşalılması 4 saa sürüyr Aık madde, başlagıç ksarasyuu %0 ua düşürülmek iseiyr İşlem içi kaç saa gerekir? k,5 gü- Çözüm: (4) deklemide; 0 i,0 d i 0, l i, 0, 286l0, i, 5, 5 iι i,0 i 0, 658 gü 5, 8 saa

8 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER 2Tam Karışımlı Sürekli Akımlı Reakörlerde Krua Maddeleri Dispersiyu Ejeke edile madde reakör içidekruuyrsa, yai ayrışmıyrsa, çıkış suyudaki ksarasyu aşağıdaki gibi buluabilir: Reaköre gire iz maddesi ksarasyu lsu 0 aıda reakörde ksarasy 0 lsu Birim zamada reakörde meydaa gele ksarasy değişimi d/d lduğuda, d d d d Gire-Çıka (5) (6)

9 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER d d ( ) yazılabilir Bu deklemi iegrali alıırsa, (7) e (8) lur Bu kararlı ksarasya ulaşmış la reaköre madde girişi ai larak kesilirse, d 0 d (9)

10 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER (0) () (2) Elde edilir l e e e

11 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER Tam Karışımlı Sürekli Akımlı Reakörlerde Birii Merebe Kieiğie Göre Ayrışa Maddeleri Dispersiyu Reakör içide sıvıı am larak karışığı ve burada birii merebede bir reaksiyu meydaa geldiği kabul edilerek, madde kruum deklemi şöyle yazılabilir: eya Maddei birikme Birim zamada Birim zamada Birim zamada hızı gire madde mikarı - çıka madde mikarı ükeile madde mikarı d r d r k () (4)

12 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER şeklide yazılabilir Burada, Reakör hami d/d Ksarasy değişme hızı Gire ve çıka akımı debisi Giriş madde ksarasyu k Birii merebe reaksiy hız sabii () bağıısı, birii merebede sabi kasayılı lieer bir diferasiyel deklemdir Bu deklemi çözümüde; d k d β k (5) (6)

13 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER (7) elde edilir 0 içi sıır şarı içi, (8) (9) Yazılabilir K iegral sabii yerie kursa, permea lmaya halde ksarasyu zamala değişimii vere deklem elde edilmiş lur: K e β β K β β K

14 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER (20) içi bu deklem, (2) elde edilmiş lur Bu deklem permea haldeki, yai, uzu bir zama geçike sraki kararlı ksarasyu göserir Ayı deklem, () deklemide d/d 0 lduğu dikkae alıarak çözüm yapılmak sureiyle de buluabilir 0 içi 0 la am karışımlı bir reaköre ksarasyuda ve debiside bir madde girişi lduğuda, (7) deklemide, ( ) e e β β β k β

15 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER (22) (2) Buluur ve bu ifade (7) de yerie kursa (24) elde edilir K β 0 β K ( ) e β β

16 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI REAKTÖRLER Örek 2: Herhagi bir reakifi ksarasyu, bir sürekli akımlı am karışımlı reakörde 00 mg/l de 5 mg/l ye azalılıyr Aıksu debisi 500 m/gü dür Reakörde gerçekleşe reaksiyu birii merebede lduğuu kabul ederek reakör hamii buluuz ( k 0,8 gü-) Çözüm: (2) deklemide, k 00 0,8 5 7,08 gü; 7, m

17 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER 4 Sürekli Akımlı ve Tam Karışımlı Reakörleri Seri Bağlı Olması Halide Krua Maddeleri Dispersiyu Haimleri eşi la ade reakör seri larak birbirie bağlamış lsu Reakörleri plam haimleri ve her bir reakörü hami de / lsu (Şekil 2)

18 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER Birii reaköre 0 aıda, ai larak, bir mikar iz maddesi aılsı ve reakörü çıkışıda madde ksarasyuu zamala değişimi ayi edilsi İkii reakör içi, aşağıdaki gibi bir kruum deklemi yazılabilir: d d 2 2 (25) d d (2) deklemie göre, 2 2 (26) e ' (27)

19 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER ' ' lduğuda bu ifade (26) deklemide yazılarak, e d 2 2 e d (28) (29) (0) ()

20 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER (2) buluur 0 içi 2 0 sıır şarıda K 0 lur () deklemide K 0 yazılırsa, () elde edilir (i) Reakörde çıkışa geel ksarasy ifadesi ise, 2 lmak lmak şarıyla, (4) e K e ' 2 e 2 ( ) i i e i!

21 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER Şekil Seri bağlı dör reakörü her birisii çıkışıda ksarasyu zamala değişmesi ( Birii reakörü, 0 aıdaki ksarasyu) Seri bağlı dör reakör içi, (4) deklemi yardımıyla hesaplaa çıkış ksarasy eğrileri Şekil de göserilmişir Sürekli akımlı ve am karışımlı üç reakörü seri bağlaması halide, herbir reakör içi çıkış ksarasyları (27) ve (4) bağıılarıa göre,

22 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER (5) (6) (7) (8) e ( ) e 2 2! 2 e 2 ( ) e!

23 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER (9) şeklide yazılabilir Seri bağlı reakörlerde 0 aıda birii reaköre gire madde mikarı M(/) şeklide ifade edilebilir Bua göre, aıda reakörlerde bulua madde mikarıı 0 aıda mevu madde mikarıa raı, (40) e 2 2 F 2

24 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER (4) içi F (2) / lduğuda, (42) Olur Şekil 4 de, ve 6 içi sisemde kala madde mikarıı, başlagıçaki madde mikarıa raları göserilmişir Mesela, reakör mevusa, θ (/ ) 0,5 aıda maddei, ( ) F 2 e F 2 2

25 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER 2 2 ( 0,5 ) (0,5) F ( 0,5) e 2 veya % 8 i heüz sisemde bulumakadır 0,8 (4) Sisemde kala madde mikarıı raı 6 Pis akımlı ideal reaköre ai eğri Byusuz Zama, θ / O

26 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER 5 Sürekli Akımlı Tam Karışımlı Seri Bağlı Reakörlerde Birii Merebe Kieiğie Göre Ayrışa Maddei Dispersiyu Birii reaköre sabi ksarasylu madde girişi lduğuu farzedelim Reakör içi madde kruum deklemi d d lur Permea rejimde k d/d 0 lduğuda, (4) k (44)

27 TAM KARIŞIMLI SÜREKLİ AKIMLI SERİ BAĞLI REAKTÖRLER (45) elde edilir Bu deklem, plam hami la seri bağlı ade reaköre uygulaırsa, (46) reakörü çıkışıdaki ksarasyu, başlagıç ksarasyua raı, (47) k k k

28 PİSTON AKIMLI REAKTÖRLER Buraya kadar am karışımlı reakörleri ieledik Şimdi pis akımlı reakörlere de kısaa değielim 6Pis Akımlı Reakörler Pis akımlı reakörler karışımsız reakörlerdir Reakör muhevası radyal yöde üifrmdur Reakörde karışım lmadığıda, bylamsal larak ksarasy gradiei ykur Reakör byua gerek reakif ve gerekse reaksiy ürülerii derişimleri değişir Bu yüzde pis akımlı reakörde reakifi zama ve mekala değişimi öem kazaır Bu durum Şekil 5 de görülmekedir

29 PİSTON AKIMLI REAKTÖRLER Şekil 5 Pis akımlı bir reakörde reakif derişimii değişimi Pis akımlı reakörlerde, ksarasyu zamaa bağlı değişimi, d d k (48)

30 PİSTON AKIMLI REAKTÖRLER şeklide ifade emek mümküdür Burada, d d k d (49) Bu deklemi iegrali alıarak, k Bu deklemde, / yazılırsa, l (50) k e (5)

31 PİSTON AKIMLI REAKTÖRLER Pis akımlı reakörlerde, am karışımlı reakörlere azara, daha küçük haimlerle çalışılarak ayı çıkış suyu kaliesii elde emek mümküdür Ayrıa, pis akımlı reakörlerde, am karışımlı reakörlere azara daha kısa reaksiy süreleri ve daha yüksek reaksiy hızları elde edilebilmekedir Örek : Seri bağlı sürekli akımlı am karışımlı 4 ade reakör ile %90 lık bir verim elde edebilmek içi reakör hamii (/k) iside hesaplayıız Ayı verim içi, pis akımlı reakör kullaıldığıda reakör hami e lur? (47) deklemide η 0,90 0,0

32 ÖRNEK PROBLEMLER 4 0,0 k,778 0, 4 / k ( ) k k 0,778,778 k m k k 0, 0,778 4

33 ÖRNEK PROBLEMLER Görüldüğü gibi reakör hami,0 ( / k) lur Ayı verim içi pis akımlı reakörü hami; (50) deklemide, η 0,90 0, l0 2, 0 k reakör sayısıı fksiyu larak bu şekilde hesaplaa m değerleri Tabl 2 de göserilmişir Tablda görüldüğü gibi çk sayıda seri bağlı reakör kullaıldığıda, gerekli haim küçülmekedir Pis akımlı reakör hami ise e küçük değeri almakadır Çk sayıda am karışımlı sürekli akımlı seri bağlı reakör kullaıldığıda gerekli haim, pis akımlı reaköre yaklaşmakadır k

34 ÖRNEK PROBLEMLER TABLO 2 Çeşili biyljik verimler içi gerekli reakör haimlerii vere m değerleri ( m / k)

35 ÖRNEK PROBLEMLER Örek 4: Reakif ksarasyuu 00 mg/l de 20 mg/l ye idirilmsei isemekedir Reaksiy birii merebede lup k 0,8 gü- 785 m/ gü lduğua göre; a) Tam karışımlı sürekli akımlı b) Dör ade seri bağlı, sürekli akımlı am karışımlı ) Pis akımlı reakörlerde hagisii kullamak haim açısıda daha ekmikir a ) (2) deklemide, k

36 ÖRNEK PROBLEMLER b) (47) deklemide, 8925 ; 785 0, m k, ,8 ; 0, ,8 4 /,8 967 m

37 ÖRNEK PROBLEMLER ) (50) deklemide k l 875 0,8 00 l ,6 m Yukarıdaki suçlarda görüldüğü gibi, haim bakımıda e ekmik reakör, pis akımlı reakördür Aak pis akımlı reakör yapılamayaağı içi, seri bağlı 4 reakör kullamak uygu laakır