Yednc lusal Kmya Mühendslğ Kngres, 5-8 ylül 26, Anadlu Ünverstes, skşehr 6 OZ DRJAN ÜRİM SİSİNDKİ PÜSKÜRMLİ KRMA ÜNİSİND KSRJİ ANALİZİ GÜLSÜN BKAŞ*, FİRZ BALKAN ge Ünverstes Kmya Mühendslğ Bölümü, 351, Brnva, İZMİR *e-psta: gulsun.bektas@ege.edu.tr, fruz.balkan@ege.edu.tr ÖZ kserj analz enerjnn kullanışlılığını gösteren ve br sstemn tanımlanmasını, analzn ve gelştrlmesn sağlayablen br metttur. Çeştl sstemlere uygulanablr. Bu çalışmada ekserj analz tz deterjan üretm tessndek püskürtmel kurutma üntesne uygulanmıştır. Deterjan üretm brçk kmyasal sürecn gerçekleştrldğ ve çk mktarda enerjnn kullanıldığı br prses lduğundan, enerjnn en faydalı bçmde kullanılması gereğ büyük br önem arzetmektedr. Bu bakımdan deterjan üretm, ekserj analz uygulamaları çn uygun br prses larak görülmüştür. Bu çalışmada Henkel uryağ tz deterjan üretm tessndek püskürtmel kurutma üntesnde ekserj analz uygulaması yapılmış ve snuçlar değerlendrlmştr. Yapılan hesaplamalar snucunda kurutma üntesndek fuel l le çalışan ısıtıcının ekserj verm % 48, püskürmel kurutucuda ekserj verm se % 46 larak hesaplanmıştır. Anahtar Kelmeler: kserj analz, verm, püskürtmel kurutucu. 1. GİRİŞ kserj kavramı, lk larak Rant tarafından blm dünyasına kazandırılmış ve br enerjnn kaltes ya da ş yapablme ptansyel larak tanımlanmıştır. Szargut [1] termal ve kmyasal süreçlerde ekserj analz uygulamalarını gerçekleştrmştr. kserj br kaynaktan elde edleblecek maksmum ş mktarıdır. Başka br değşle, br kaynağın değşklk yapablme ptansyeldr. kserj analz kütle ve enerj krunumu prensplern termdnamğn knc yasası le br araya getren etkl br yöntemdr. Aynı zamanda br sstemdek kayıpların yern ve nedenn belrleyc br özellğ lduğundan, termal sstemlern tasarlanmasında öneml br rl ynamaktadır. Sürdürüleblr kalkınmanın br slgan yerne uygulanablr br kavram lablmes çn ekserj analznn hayata geçrlmes gerekr. Bu çalışmada ekserj analznn Henkel uryağ tz deterjan üretm tessndek püskürtmel kurutma üntesndek uygulanması yeralmaktadır. Lteratür ncelendğnde, deterjan üretmnde ekserj analz çalışmalarına sıklıkla rastlanmadığı gözlenmştr. Ancak kurutma sstemler le lgl larak sn yıllarda çalışmalar yapıldığı görülmektedr. Syahrul ve arkadaşları [2] neml parçacıkların akışkan yataklı kurutucuda kurutulması le lgl çalışmalarında enerj ve ekserj mdellern kullanmışlar ve havanın grş sıcaklığı, hızı gb parametrelern enerj ve ekserj verm üzerne etksn araştırmışlardır. Dnçer ve Sahn [3] neml parçacıkların kurutulması sürecnn termdnamk mdellemesn gerçekleştrp, ekserj vermn hesaplamışlardır. Quresk ve Zubar [4] se kurutmanın da çlernde lduğu brçk pskrmetrk süreçte ekserj analz uygulamaları gerçekleştrmşlerdr Ayrıca, yanma knusunda da lteratürde çalışmalar bulunmaktadır.
Yednc lusal Kmya Mühendslğ Kngres, 5-8 ylül 26, Anadlu Ünverstes, skşehr anqu ve arkadaşları [5] yanma prsesndek enerj dönüşümünü ncelemşler ve ekserj analz gerçekleştrmşlerdr. Catn [7] yanma sstemlerndek ekserj kayıplarını hesaplamış ve sıcaklık, basınç gb parametrelern ekserj kaybına etksn ncelemştr. 2. PÜSKÜRMLİ KRMA SİSMİND KSRJİ ANALİZİ Şekl 1 de görülen püskürtmel kurutma sstem br püskürtmel kurutucudan ve ısıtıcıdan luşmaktadır. Pasta; püskürtmel kurutucuda suyu uzaklaştırılarak tz deterjana dönüşmektedr. Kurutucuda kullanılan hava ısıtıcıda fuel l yardımıyla ısıtılmaktadır. gzz Gazı PÜSKÜRMLİ Margarn üntesne gden baca gazı Kurutucuya gden baca Gazı K R C Pasta ISIICI z Deterjan k Hava Fuel Ol Buhar Yanma Havası Şekl 1. z Deterjan Üretmnde Püskürtmel Kurutma Sstem Bu çalışmada kullanılan ekserj analz yöntem aşağıdak adımlardan luşmaktadır: Prses mdelnn luşturulması Akımların tplam ekserjlernn hesaplanması kserj denklğ kurulması kserj kaybının hesaplanması kserj analz uygulaması gerçekleştrlrken çeştl verlere gereksnm duyulmaktadır. Henkel uryağ tz deterjan fabrkasında yapılan ölçümlerde elde edlen verler Çzelge 1 de sunulmuştur. Hesaplamalar çn bu verlerden yararlanılmış; kütle, enerj ve ekserj denklkler kurularak ısıtıcı ve püskürtmel kurutucu çn enerj ve ekserj kayıpları le ekserj verm hesaplanmıştır.
Yednc lusal Kmya Mühendslğ Kngres, 5-8 ylül 26, Anadlu Ünverstes, skşehr Çzelge 1. Kurutma sstemnde yeralan akımların özellkler Isıtıcı Püskürtmel Kurutucu Fuel Ol Pasta Karbn (wt%) 85.4 Deb (kg/h) 7,518 Hdrjen (wt%) 11.7 Sıcaklık ( C) 75 Azt (wt%).5 Su (wt%) 48.7 Kükürt (wt%) 2.26 Basınç (bar) 65 LHV (kcal/kg) 1,46 HHV (kcal/kg) 1,76 z Deterjan Deb (kg/h) 367 Deb (kg/h) 4,4 Sıcaklık ( C) 89 Sıcaklık ( C) 65 Basınç (bar) 2.5 Su (wt%) 12.7 Buhar Basınç (bar) 1 Deb (kg/h) 31 gzz Gazı Sıcaklık ( C) 15 Oksjen (wt%) 15.2 Basınç (bar) 4.2 Karbn dkst (wt%) 3.5 Yanma Havası Azt (wt%) 62.1 Deb (kg/h) 6,449 Su (wt%) 19.2 Sıcaklık ( C) 3 Sıcaklık ( C) 75 k Hava Deb (kg/h) 18,53 Sıcaklık ( C) 3 Baca Gazı Oksjen (wt%) 17.3 Karbn dkst (wt%) 4.2 Azt (wt%) 78.5 Sıcaklık ( C) 15 Ölçülemeyen verler de kütle ve enerj denklkler yardımıyla hesaplanmıştır 2.1 Kütle Denklkler Isıtıcı çn: Fuel Ol + Buhar + k Hava + Yanma Havası (Baca Gazı) 1 (Baca Gazı) 2 (Baca Gazı) 2 = 11819.71 kg/h Kurutucu çn: Baca Gazı + Pasta gzz Gazı z Deterjan = 2.2 nerj Denklkler gren çıkan rxn = Q kay ıp Burada (kj/h), enerj mktarını göstermektedr. Isıtıcı çn: gren = buhar + yanma havası + ek hava çıkan = baca gazı 1,2 =
Yednc lusal Kmya Mühendslğ Kngres, 5-8 ylül 26, Anadlu Ünverstes, skşehr Hava ve Baca gazı çn, = h rxn buhar = ek hava m& C yanma havası = baca gazı,1 fuel p H h fuel l, l,89 C buhar d = = 13,952 29,954 = 8,222,73 (a + b + c baca gazı,2 = 7,431,759 Q kayıp = 872,467 kj/h h fuel = 3,838,82 kcal / h = 16,46,268 g @15 C & 4.2 bar Kurutucu çn: gren = baca gazı + pasta çıkan = egzz gazı + tz deterjan gzz gazı = 3,478,55 kj/h pasta = 1,774,659 kj/h tz deterjan = 43,743 kj/h Q kayıp =5,753,441 kj/h = 31(2,741.9) = 84,998.9 2 + d 3 )d Burada m& (kg/h) kütlesel deby, h (kj/kg) spesfk entalpy, H (kj/kg) yakıtın reaksyn ısısını, C p (kj/kg K) öz ısıyı ve (K) sıcaklığı göstermektedr. 2.3 kserj Denklkler x gren - x çıkan + x ısı aktarımı = x kayıp Isıtıcı çn: x fuel l + x yanma havası + x ek hava - (x baca gazı,1 + x baca gazı,2 ) x ısı aktarımı x kayıp = x e fuel l x e zh z 2 S =.141+.1728 +.2169 (1 HHV z z c Z z 2.628 z x 2 Burada z bleşenlern ml kesrlern göstermektedr. x = m & (h h ) (s s x buhar & yanma,ek hava [ ] = m Cp neml hava (( ) (Cp neml hava ln ) H c )
Yednc lusal Kmya Mühendslğ Kngres, 5-8 ylül 26, Anadlu Ünverstes, skşehr x x baca gazı = = x y + x ( Cp ( ) Cp ln y = R y ln y üm değerler yerne knduğunda ekserj kaybı x kayıp = 623,312 kj/h larak hesaplanır. x k + x q kserjetk Verm = 1 =. 48 x g Kurutucu çn: x baca gazı + x pasta x egzz gazı x tz deterjan - x ısı aktarımı x kayıp = x egzz gaz, pasta, tz deterjan = x + x x x = y ( Cp ( ) Cp ln y y H2O = R y ln + y H O + ln(1 + X 2 y w x kayıp = 23.8 kj/h larak bulunur. x k + x q kserjetk Verm = 1 =. 46 x g Yukarıdak denklklerde x (kj/h) ekserj akışını, (kj/kg h) spesfk ekserj akışını, x fzksel ekserjy, x kmyasal ekserjy ve y ml kesrn göstermektedr. 3. SONÇLAR Değşk akımlara at ölçümler ve hesaplanan enerj ve ekserj değerler ısıtıcı ve kurutucu çn sırasıyla Çzelge 2 ve Çzelge 3 te sunulmuştur. Çzelge 2. Isıtıcı çn Snuçlar Akımlar m& (kg/h) ( C) P (bar) (kj/h) x (kj/h) Fuel Ol 367 89 1 16,46,268 2,177,7 Buhar 31 15 4.2 84,999 22,478 Yanma Havası 6449 3 1 13,952 11,835 k Hava 18,52 3 1 29,954 33,13 Baca Gazı,1 13,8 295 1 8,222,73 642, Baca Gazı,2 11,819 295 1 7,431,759 621,361 )
Yednc lusal Kmya Mühendslğ Kngres, 5-8 ylül 26, Anadlu Ünverstes, skşehr Çzelge 3. Kurutucu çn Snuçlar Akımlar m& (kg/h) ( C) P (bar) (kj/h) x (kj/h) Baca Gazı 13,8 295 1 7,15,677 642, Pasta 7,518 75 65 1,69,732 1,221,54 gzz Gazı 16,182 75 1 3,247,756 792,861 z Deterjan 4,4 65 1 1,387,752 267,446 =293K & P =1 bar 4. SONÇLARIN DĞRLNDİRİLMSİ Yapılan çalışmalar snucunda kurutma üntesndek fuel l le çalışan ısıtıcının ekserj verm % 48 larak hesaplanmıştır. Lteratürde ısıtıcılar çn verlen ekserj verm değerler % 2 55 arasında değşmekte lduğundan yanma sstem çn elde edlen ekserj vermnn çk düşük lmadığı görülmüştür. Püskürtmel kurutucuda se ekserj verm % 46 larak hesaplanmıştır. 5. KAYNAKLAR 1. Szargut, J., Mrrs, D.R., Steward, F.R., xergy analyss f thermal, emcal, and metallurgcal prcesses, Hemsere Publshng Crpratn, New Yrk, 1988 2. Syahrul, S., Hamdullahpur, F., Dncer, I., nergy analyss n fludzed bed dryng f wet partcles, Int. J. nergy Res. 26 (6) (22) 57 525. 3. Dncer, I.,. Şahn, A.Z., A new mdel fr thermdynamc analyss f a dryng prcess, Int. J. Heat Mass ransfer 47 (14) (24) 645 652. 4. Quresh, B. A.,. Zubar, S. M., Applcatn f ergy analyss t varus psyrmetrc prsecces, Int. J. nergy Res. 27 (23) 179 194. 5. H. angu, K. Mur,. Nara, N. Ara, xergy analyss n cmbustn and energy cnversn prcess, nergy 3 (25) 111-117. 6. Z. Catn, On the destructn f avalablty (ergy) due t the cmbustn prcess - wth specfc applcatn t nternal-cmbustn engnes, nergy 25 (2) 197-1117.