Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 ÖRNEK 5-165 00 0 C sıcakls caklık k ve 5 bar basınc ncında nda olan bir kızgk zgın n buhar, 100 0 C sıcakls caklıkta kta olan kızgk zgın n kok kömürük üzerinden geçirilerek su gazı elde edilmektedir. F 800 0 C de çıkan su gazının kuru hacimsel bileşimi imi şöyledir: H = %5,5 CO = % 9,7 CO = %6,8 Kullanılan lan kızgk zgın n buharın n %0 u reaksiyona girmeyip doğrudan gaz fazına karış ışmaktadır. Fırına F giren 1 mol H O için i in reaksiyon ısısını hesaplayınız. NOT: Kok kömürük için in ortalama ısınma ısısı c= 1,45 kj/kgk kgk dir Temel: 100 mol kuru su gazı Su gazı oluşum um reaksiyonları: C + H O CO + H C + H O CO + H Bu reaksiyonlara göre g 100 mol su gazı oluşmas ması halinde reaksiyona giren su mol sayılar ları, Birinci reaksiyona girmiş olan su mol sayısı n s = 9,7 mol su İkinci reaksiyona girmiş olan su mol sayısı n s = (6,8)=1,6 mol su Toplam su mol sayısı n s = 9,7 + 1,6 =5, mol su Toplam su kütlesi k m s = 5, (18) = 959,5 g su O halde 100 mol su gazı oluşmas ması halinde fırına f giren su buharı mol sayısı n su = 5, (100/70) = 76,14 mol su buharı su = 76,14 (18) = 170,5 g su buharı m su Su gazı içinde inde bulunan su buharı mol sayısı su = 76,14 5, =,84 mol su buharı n su 100 mol su gazı elde etmek için i in kullanılan lan karbon kütlesi k reaksiyonda oluşan CO ve CO mol sayılar ları yardımı ile şöyle hesaplanır. 9,7 + 6,8 = 46,5 mol C (46,5) (1) = 558 g C Fırına giren maddeler Kok kömürü k (% 100 C olarak)..558 g Su buharı 170,5 g çıkan maddeler Su gazı (kuru) 100 mol Su buharı (170,5 959,5) = 411 g Fırına giren enerjiler 1) Kızgın n buharın ısısı: : 00 0 C sıcakls caklık k ve 5 bar basınc ncında nda olan kızgın n buharın entalpisi buhar tablosundan h b = 854 kj/kg Q= h b h s = 854 105 = 749 kj/kg 100 mol su gazı elde etmek için i in fırına f 1,71 kg su buharı girer. 1,71 (749) = 769 kj Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 1
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 ) Kok kömürünün k n duyulan ısısı: Q = 0,558 (1,45) (100-5) = 950,7 kj ) Karbonun yanma ısısı: 46,5 (9,5) = 1897,8 kj Fırına giren ısılar toplamı: : 769 + 950,7 + 1897,8= 017,5 kj çıkan enerjiler 1) Su gazının n duyulan ısısı: 100 mol kuru su gazı yanında nda,84 mol su buharı mevcuttur. Bu gaz karışı ışımı fırından 800 0 C de çıkmaktadır. Su gazının n duyulan ısısı Q H Q CO Q CO Q HO H = 0,055 (9,56) (800-5) = 15,6 kj CO = 0,097 (1,15) (800-5) = 958,4 kj CO = 0,0068 (48,8) (800-5) = 54,4 kj HO = 0,08 (7,5) (800-5) = 66,0 kj ΣQ i = 101,4 kj ) Su gazının n yanma entalpisi: Hidrojenin yanma entalpisi: = 5,5 (85,84) = 159 kj Karbonmonoksitin yanma entalpisi: re = 9,7 (8,0) = 115 kj Q = Σ n i C p T bağı ğıntısı ile hesaplanabilir. ) Su buharı gizli ısısı: H b =,8 (4) = 958 kj çıkan enerjiler toplamı: 101,4 + 159 + 115 + 958 = 0586,4 kj Fırında ısı denkliği i kurularak su gazı reaksiyonu için i in harcanmış olan ısı bulunabilir. re = F çıkan ısılar Fırına giren ısılar re = 0586,4 017,5 = 7568,9 kj/ / 100 mol su gazı Fırına giren 1 mol su buharı için in gerekli ısı miktarı 7568,9 / 76,14 = 99,4 kj/ / 1 mol su ÖRNEK 5-175 Saf kalsiyum karbonat olduğu u kabul edilen kireç taşı şı,, bir kireç fırınında nda yakılmaktad lmaktadır. Kireç taşı ocağa a 5 0 C sıcaklıkta kta girmekte ve 900 0 C sıcakls caklıkta kta ayrılmaktad lmaktadır. Jeneratör r gazı ocağa a 600 0 C de girmekte ve ocakta 5 0 C deki stokiometrik oranda hava ile yakılmaktad lmaktadır. Baca gazları ocağı 00 0 C de, oluşan kireç 600 0 C de terketmektedir.. Ocakta yakılan jeneratör r gazının n hacimsel bileşimi imi şöyledir: CO = % 9,1 CO = %1,60 O = %1,6 N = %75,57 Ocaktan hiç ısı kaçağı olmadığı kabul edilerek 100 kg kireç taşı şını yakmak için i in gerekli jeneratör r gazının n Nm olarak hacmini hesaplayınız. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 Temel: 100 kmol jeneratör r gazı 100 kmol jeneratör r gazının n yanması için in gerekli stokiometrik oksijen; (1,6) 0,5 1,6 = 5,18 kmol O Bu oksijenle birlikte havadan gelen azot, 5,18 (79/1) = 19,5 kmol N 100 kmol jeneratör r gazının n yanması sonucu oluşan baca gazları Karbondioksit: 9,1 + 1,6 =,81 kmol CO Azot : 75,57 + 19,5 = 95,07 kmol N 100 kmol jeneratör r gazını yakarak (x) kg CaCO ı ayrış ıştırmış olduğumuzu umuzu düşünelim. d 100 kmol jeneratör r gazı için in ocakta ısı denkliğini ini kuralım. Ocağa a giren enerjiler 1) 100 kmol jeneratör r gazının n duyulan ısısı: h co = 9,1 (46,7) (600-5) = 4504 kj h CO = 1,6 (0,5) (600-5) = 8666 kj h O = 1,6 (1,90) (600-5) = 9715 kj h N = 75,57 (0,7) (600-5) = 11515 kj Q= 18870 kj ) 100 kmol jeneratör r gazının n yanma ısısı: 1,6 (-8000)( = 848800 kj Ocağa a giren toplam enerjiler: 18870 + 848800 = 567750 kj Q = Σ n i C p T Ocaktan çıkan enerjiler 1) (x) kg CaCO ı 900 0 C e kadar ısıtmak için i in verilen ısı: Q= mc T= 0,85 (x) (900-5) = 744 x kj ) 1 kmol CaCO ı ayrış ıştırmak için i in harcanan ısı: CaCO CaO + CO re = h 0 CaO +h 0 CO - h 0 CaCO re = (-( 65600) + (-( 9500) (-106900) re = 177800 kj/kmol kmol (x) kg CaCO için in ayrış ışma ısısı= = (x/100) 177800=(1778 x) kj ) Baca gazlarının n duyulan ısısı: Baca gazı içine ine (x) kg kireç taşı şının n ayrış ışma sonucu (0,01 x) kmol CO daha karışı ışır. Baca gazlarının n duyulan ısısı Q = Σ n i C p T h CO = (,81+0,01x)(40,61)(00-5) 5) = (16105+71x) kj hn = 95,07 (9,1) (00-5) 5) = 48768 kj Baca gazlarının n toplam duyulan ısısı: Q= 16105 + 71x +48768 = 64974 + 71x kj 4) Dışa a atılan CaO in duyulan ısısı: (x) kg CaCO den oluşan CaO kütlesi= (x/100) 56 = 0,56x kg CaO Q= (0,56x) 0,85 (600-5) = 7, 7x kj çıkan enerjilerin toplamı: 744x + 1778x + 64974+71x = 64974 + 59x Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 Fırına giren ve çıkan enerjiler birbirine eşit e yazılarak (x) bulunur. 567750 = 64974 + 59x x= 199 kg CaCO 100 kmol jeneratör r gazı yakılarak 199 kg CaCO ayrış ıştırılmıştır. 100 kg CaCO ı ayrış ıştırmak için i in 100 (100/199) = 5,16 kmol jeneratör gazı gerekir. Bu gazın n Nm olarak hacmi V= 5,16 (,4) = 115,6 m /100 kg kireç taşı şıdır. ÖRNEK 5-75 Saf kükürt k % 100 fazla hava ile yakılmaktad lmaktadır. KükürdK rdün n bir kısmı SO ye bir kısmk smı da SO e kadar yanmaktadır. Hava fırına 100 0 C de, kükürt k 5 0 C de girmektedir. çevreye hiç ısı kaçağı olmadığı kabul edilmektedir. Fırın n gazlarının çıkışış sıcaklığı 1100 0 C olduğuna una göre; g S + O SO a) Fırında F kükürdk rdün n yüzde y kaçı SO haline kadar yanmış ıştır? b) Fırın F n gazlarının n hacimsel yüzde y bileşimini imini hesaplayınız. NOT: 1) Stokiometrik oksijen Reaksiyonuna göre g hesaplanacaktır. ) S + O SO reaksiyonu içini in H 0 re = -96,9 kj/mol S SO + O reaksiyonu içini in H 0 re = -95,18 kj/mol Temel: 1 mol kükürt 1 mol kükürtten (x) molü SO haline kadar yanmış olsun. Fırına girenler 1 mol S mol O (79/1) = 7,5 mol N (Hava=,0 + 7,5 = 9,5mol) çıkanlar x mol SO (1-x) mol SO 7,5 mol N -[1,5x +(1-x)] = (1-0,5x) mol O Fırın n gazlarının entalpisi aşağıdaki bağı ğıntı ile hesaplanabilir. H P = -[ H R + ] Burada bulunan terimleri ayrı ayrı hesaplayalım. H R = 9,5 (9,) (-75)( = -090 J = -95180 x (1-x) 96900 = -(96900 + 9880 x) J H P = h SO + h SO + h O + h N H P = x(76,1)(1075)+ (1-x)(51,4)(1075)+(7,5)(1,7)(1075)+(1 x)(51,4)(1075)+(7,5)(1,7)(1075)+(1-0,5x)(,5)1075 H P = 4751-8547x Bu değerler erler yerine konulursa, 4751-8547x = -[-090 96900 9880 x] x= 0,78 mol SO bulunur. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 4
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 ÖRNEK 5-15 a)so haline kadar yanan kükürt: k %7,8 b)oluşan fırın f n gazlarının n hacimsel bileşimi imi şöyledir: Mol sayısı Hacimsel % SO = 0,78 mol,0 SO = 0, 7 mol 7,7 O = 0,861 mol 9, N = 7,5 mol 80,1 Toplam= 9,81 mol %100 Bir fırın f n gazının n hacimsel bileşimi imi şöyledir. SO = % 1,0 SO = %9,0 O = %10,6 N = %79,4 Bu gaz karışı ışımı bir adyabatik konvertere girerek burada karışı ışım m içinde i inde bulunan SO nin % 80 i SO dönüştürülmektedir. Konverter çıkışında gaz karşı şımının sıcaklığı 600 o C dir.. Fırın F n gazlarının konvertere kaç derecede Reaksiyonu girdiğini ini hesaplayınız. için SO + 1 O SO reaksiyonu için i in = -9800 J/mol dür Temel: 100 mol fırın n gazı Konvertere giren ve çıkan gazların mol sayılar ları şöyledir: Konverter giren gazlar Konverterden çıkan gazlar SO : 1,0 mol SO : 1+7, = 8, mol SO : 9,0 mol SO : 9 7,= 1,8 mol O : 10,6 mol O : 10,6,6 = 7,0 mol N : 79,4 mol N : 79,4 mol Toplam: 100,0 mol 96,4 mol Adyabatik konverterde yürüyen yen kimyasal reaksiyonlar içini in H P = -[ + H R ] bağı ğıntısı yazılabilir. Burada H R bilinmemektedir. Diğer iki terim hesaplanarak H R bulunabilir = 7, (-( 9800)= - 707760 J H P = h SO + h SO + h O + h N H P = 8, (68,4)575 +1,8 (47,9)575 +7,0 (1,9)575 +79,4 (0,)575 H P = 18887 J Bu değerler erler yerine konularak H R değeri eri hesaplanır. H R = - 18887 (- 707760) H R = - 1176067 J Bu entalpi değerinden erinden yararlanarak konvertere giren gaz karışı ışımının n sıcakls caklığı deneme yanılma yöntemi y ile hesaplanabilir. Konverter girişinde inde gaz karışı ışım m sıcakls caklığı ilk tahmin olarak T 1 = 400 o C olsun. H R = h SO + h SO + h O + h N Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 5
Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 H R = h SO + h SO + h O + h N Bağı ğıntısında nda T 1 = 400 o C konularak hesap yapılırsa H R = - 1185700 J bulunur. T= 00 o C verilerek H R değeri eri yeniden hesaplanırsa H R = - 85940 J bulunur. Bu iki sıcakls caklık k arasında interpolasyon yapılarak fırın f n gazlarının konvertere giriş sıcaklığı T 1 = 97 o C bulunur. Yrd. Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyonkarahisar 007 6