ESOGÜ MÜHENDĠSLĠK-MĠMARLIK FAKÜLTESĠ KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ 151618420 FABRĠKA TASARIMI DERSĠ (A ve C) ANA TASARIM PROJE KONUSU FORMALĠN ÜRETĠMĠ Formalin formaldehitin sudaki ağırlıkça % 37 lik çözeltisidir. Formaldehit ve üre üreformaldehit reçinesi yapımında dolayısıyla sunta ve kontraplak için yapıştırıcı ve bağlayıcı olarak kullanılır. Süreç Formalin (suda ağırlıkça % 37 formaldehit) gümüş katalizör kullanılarak metanolden üretilir. Hava sıkıştırılır ve ısıtılır, taze ve geri dönen metanol pompalanır ve ısıtılır ve bu iki akım reaktöre besleme sağlamak için karıştırılır. Besleme karışımı yaklaşık havada % 39 mol metanol olup metanol için tutuşabilirlik sınırından yüksektir. Reaktörde aşağıdaki tepkimeler gerçekleşir. CH 3 OH + 2 1 O2 HCHO+H 2 O H tep = - 37,3 kcal/mol Metanol Formaldehit CH 3 OH HCHO+H 2 H tep = 20,3 kcal/mol Metanol Formaldehit Reaktörde katalizör tel kafes şeklindedir ve ısı değiştirici boru demetinin üzerinde askıdadır. Çünkü net tepkime oldukça egzotermiktir. Adyabatik reaktör bölümünde üretilen ısı çabucak uzaklaştırılmalıdır. Isı değiştirici boruların yakınlığı bundan dolayıdır. Isı değiştirici kabuk tarafında su olan bir buhar kazanına benzer. Eğer çıkış sıcaklığı çok yüksekse kazan besleme suyunun (BFW) buharlaşmasını artırmak için buhar basınç hattındaki ayar noktası düşürülür. Genellikle kazan besleme suyundaki sıvı seviyesi denetleyicisi boru demetinin tam olarak batmış kalmasını sağlayacak şekilde ayarlanır. Reaktörden çıkan akım absorplayıcıya girer, metanolün çoğu ve formaldehit suyla absorplanır, kalan hafif gazların çoğu çıkan gaz akımı içinde atılır. Metanol formaldehit ve su, damıtma kolonuna girer, üstten alınan metanol geri döndürülür. Dip ürün formaldehit su karışımı olup inhibitör (yavaşlatıcı) olarak ağırlıkça %1 den az metanol içerir. Bu karışım soğutulup dört günlük kapasiteye göre boyutlandırılan depolama tankına gönderilir. Bu depolama tankı gereklidir, çünkü bazı akımlar kesiklidir. Depolama tankının bileşimi ağırlıkça % 37 formaldehiti aşarsa uygun miktarda su eklenir. Formaldehit su karışımının depolanması tecrübe ister. Yüksek sıcaklıklarda formaldehitin polimerizasyonu inhibe olur, fakat formik asit oluşumu desteklenir. Düşük
sıcaklıklarda asit oluşumu inhibe olur, fakat polimerizasyon desteklenir. Polimerizasyonu inhibe etmek için kararlılaştırıcılar vardır, fakat reçine oluşumu ile uyumsuzdurlar. Metanol ağırlıkça %5-15 derişimleri arasında polimerizasyonu inhibe eder. Fakat metanol için ayırma ekipmanı yoktur ve metanol %1 den büyük olduğunda reçine üretiminin yetersiz olmasına neden olur. Metanol % 1 den küçük olduğunda depolama tankı içeriği 35-45 o C arasında tutulmalıdır. Tepkime Kinetiği Çok yüksek sıcaklık ve tel kafesin büyük yüzey alanı nedeniyle tepkime ani olarak düşünülebilir. Aşağıdaki basamakları göz önüne alarak yılda 8592 saat çalışacak formalin üretim sürecini tasarlayınız 1) Fizibilite Araştırması 2) Akış Şemalarının Oluşturulması 3) Kütle ve Enerji Denkliğinin Kurulması 3) Aygıtların Tasarımı 4) Aygıtların Şartnamelerinin Hazırlanması 5) Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler 6) Maliyet Hesaplamaları 7) Sonuçlar ve Öneriler ĠĢ-zaman listesi aģağıda verilmiģtir: 14 Mart 2011: Fizibilite Araştırması- Akış Şemalarının Oluşturulması 28 Mart 2011: Kütle ve Enerji Denkliğinin Kurulması 4 Nisan 2011: Aygıtların Tasarımı 18 Nisan 2011: Aygıtların Şartnamelerinin Hazırlanması 25 Nisan 2011: Ara rapor ve Sunum 9 Mayıs 2011: Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler 16 Mayıs 2011: Maliyet Hesaplamaları 17 Mayıs 2011: Sonuçlar ve Öneriler 23-24 Mayıs 2011: Son rapor ve Sunum Doç.Dr. Neşe Öztürk Yrd.Doç.Dr.T. Ennil KÖSE Araş.Gör. Şefika Ulusoy
ESOGÜ MÜHENDĠSLĠK-MĠMARLIK FAKÜLTESĠ KĠMYA MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ 151618420 FABRĠKA TASARIMI DERSĠ (B-D) ANA TASARIM PROJE KONUSU KURUYAN YAĞ ÜRETĠMĠ Kurutucu yağlar, boyalarda ve verniklerde yüzeye uygulandıklarında kurumalarına yardımcı olmak için katkı maddesi olarak kullanılır. Tesis asetillenmiş hint yağı (ACO) dan kurutma yağı (DO) üretir. Bu her iki bileşik karışımdır. Ancak, benzetim amaçları için, asetillenmiş hint yağı palmitik asit (hekzadekanoik asit) (C 15 H 31 COOH) ve kuruyan yağı 1-tetradesen (C 14 H 28 ) olarak modellenir. İstenmeyen yan tepkime sonucu, 1-oktakosen (C 28 H 56 ) olarak modellenen sakız oluşur. Sürecin Tanımı ACO, geri döngü ile gelen ACO ile birlikte bir tanka beslenir. ACO ısıtıcıda tepkime sıcaklığına ısıtılır. Tepkime yüksek sıcaklıklarda başlatıldığından bir katalizör kullanılmaz. Reaktör, yarıçap boyunca karışmayı desteklemek üzere inert dolgu ile doldurulmuş basit bir kaptır. Tepkime karışımı bir soğutucuda soğutulur. Oluşan sakız süzme ile alınır. Burada iki ara depo vardır. Biri filtreye besleme yaparken, diğeri tepkime ürünlerini tutar. Bu, damıtma kolonlarına sürekli akış sağlar. 1. damıtma kolonunda ACO ayrılır ve besleme tankına geri gönderilir. 2. damıtma kolonunda DO, asetik asitten ayrılır. DO ve asetik asit akımları soğutularak depoya gönderilir. Tepkime Kinetiği Tepkimeler ve tepkime kinetikleri aşağıda verilmiştir: k1 C 15 H 31 COOH (l) CH 3 COOH (g) + C 14 H 28 (l) (ACO) (asetik asit) (DO) 2 C 14 H 28 (l) k2 C 28 H 56 (s) Burada, -r 1 = k 1 C ACO -r 2 = k 2 C 2 DO -k 1 = 5,538.1013 exp (-44 500/RT) -k 2 = 1,55.1026 exp (-88 000/RT)
Tepkime hızı, -r i nin birimi kmol / m 3.s ve aktivasyon enerjisinin birimi kcal / kmol dür. Aşağıdaki basamakları düşünerek ve yılda 8520 saat çalışarak DO üretecek süreci tasarlayınız. 1) Fizibilite Araştırması 2) Akış Şemalarının Oluşturulması 3) Kütle ve Enerji Denkliğinin Kurulması 3) Aygıtların Tasarımı 4) Aygıtların Şartnamelerinin Hazırlanması 5) Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler 6) Maliyet Hesaplamaları 7) Sonuçlar ve Öneriler ĠĢ-zaman listesi aģağıda verilmiģtir: 14 Mart 2011: Fizibilite Araştırması- Akış Şemalarının Oluşturulması 28 Mart 2011: Kütle ve Enerji Denkliğinin Kurulması 4 Nisan 2011: Aygıtların Tasarımı 18 Nisan 2011: Aygıtların Şartnamelerinin Hazırlanması 25 Nisan 2011: Ara rapor ve Sunum 9 Mayıs 2011: Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler 16 Mayıs 2011: Maliyet Hesaplamaları 17 Mayıs 2011: Sonuçlar ve Öneriler 23-24 Mayıs 2011: Son rapor ve Sunum Doç.Dr. Mine ÖZDEMİR Yrd. Doç. Dr. Uğur SELENGİL Araş.Gör. Derya ÖZCAN
PROJE ÇALIġMASINDA YARARLANILABĠLECEK TEMEL KAYNAKLAR 1. Peters, M.S., Timmerhaus, K.D., West, R.E., Plant Design and Economics for Chemical Engineers, 5th ed., McGraw-Hill, New York, 2003. 2. Sinnot, R., Towler G., Chemical Engineering Design Elsevier, 5th edition, Butterworth -Heinemann, 2009. 3. Turton R., Bailie, R.C., W.B.Whiting, Shaeiwitz, J.A.,Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes, 3th ed. Prentice hall, 2009. 4. Perry, R.H., Green, D.W., Perry s Chemical Engineers Handbook, 7th ed., Mc-Graw Hill, New York, 1998. 5. Uldrich, G.D., A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics, John Wiley and Sons, New York, 1984. 6. McCabe, W. L., Smith, J. C., Harriot, J. C., Unit Operations of Chemical Engineering, 5th edition., McGraw Hill, New York, 1993. 7. Levenspiel, O. Chemical Reaction Engineering, John Wiley, New York, 1999. 8. Smith, J. M. Chemical Engineering Kinetics, McGraw-Hill, London,1981. 9. Cooper, A. R. and Jeffreys, G.V., Chemical Kinetics and Reactor Design, Birmingham, U.K, 1971. 10. Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction Engineering, Prentice-Hall International Inc., 1992. 11. Pickett, D.J, Electrochemical Reactor Design, 2nd ed. Amsterdam, Elsevier Scientific Publishing, 1979. 12. Incropera, F. P., DeWitt, D. P. (Çeviri: Bir gurup) Isı ve Kütle Geçişinin Temelleri, dördüncü basımdan çeviri, Literatür, İstanbul, 2001. 13. Kern, D.Q., Process Heat Transfer, New York, 1950. 14. Kumar, A., Chemical process synthesis and engineering design, New Delhi, Tata Mc Graw Hill, 1981. 15. İnel, O., Aşkın, A., Kimya Mühendisliğinde Kütle ve Enerji Denklikleri, Osmangazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü, Yayın No:53, 2000. 16. Himmelblau, D., M., Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, 4th Ed., Prentice-Hall, Inc., 1982.
17. Felder, R. M., Rousseau, R. W., Elementary Principles of Chemical Processes, 3rd ed., John Wiley & Sons, New York, 2000. 18. Sarıkaya, Y., Fizikokimya, 7. baskı, Gazi Kitabevi, Ankara, 2006. 19. Gündüz, T., Kantitatif Analiz Ders Kitabı, 4. Baskı, Bilge Yayıncılık, 1993. 20. Çengel, Y., Boles, M.A. (çeviri : T. Derbentli) Mühendislik Yaklaşımıyla Termodinamik, Literatür Yayıncılık, İstanbul, 1996. 21. Sarıkaya, Y., Mühendislık Termodinamiği, Gazi Kitapevi, Ankara, 2002. 22. Smith, J. M., Introduction to chemical engineering thermodynamics, Boston, McGraw-Gill, 2001. 23. Gürüz, K., Kimya Mühendisliği Termodinamiği, Ankara Üniv. Yay., Ankara, 1986. 24. Bird, R. B., Stewart, W. E., and Lightfoot, E. N., Transport Phenomena, 2nd edition, John Wiley, New York, 2002. (Bu kitabın çevirisi de bulunmaktadır.) 25. Peker, S., Helvacı, Ş. Ş., Akışkanlar Mekaniği: Kavramlar, Problemler, Uygulamalar, Literatür Yayıncılık, İstanbul, 2003. 26. Uysal, B. Z., Akışkanlar Mekaniği, Alp Yayınları, 2003. 27. Çataltaş, İ., Kimya Mühendisliğine Giriş, 2 Cilt, İnkılap ve Aka Kitapevleri Koll. Şti., İstanbul, 1979. 28. Uysal, B. Z., Kütle Transferi: Esasları ve Uygulamaları, Gazi Üniv. MMF Yayını, Ankara, 1996. 29. R. C. Atkins, F. A. Carey, Organic Chemistry: A Brief Course, Second Edition, McGraw-Hill Companies, Inc., 1997. 30. R. W. Griffin, Jr., Modern Organic Chemistry, McGraw-Hill,1969. 31. G. Okay, Organik Kimya 1,2, Biltav Yayınları, Ankara, 1990. 32. R. J. Fessenden, J. S. Fessenden, Çeviri Editörü, Tahsin Uyar, Organik Kimya, Güneş Kitabevi, 1992. 33. Franks, R.G.E., Modelling and Simulation in Chemical Engineering, John 34. Ingham J., Dunn, I.J., Heinzle, E., Snape, J.B., Chemical Engineering Dynamics, Wiley-VCH, 2007 35. Ayyub, B.M., McGuen, RH.,Numerical Methods for Engineers, Prentice-HaII Inc., 1996. 36. Akai, T.J., Applied Numerical Methods for Engin 1994.
37. Coughanowr, D. R., Koppel, L. B., Process Systems Analysis and Control, McGraw-Hill Book Com. 1992. 38. Seborg, D. E., Edgar, T. F., Mellichamp, D. A., Process Dynamics and Control, Wiley Series in Chem. Eng., 1989. 39. Luyben, W. L., Process Modelling Simulation and Control for Chemical Engineering, McGraw-Hill, 1973. 40. Kermen, O., Fabrika Tasarımcılığında Kimya Mühendisliği, Romen matbaası, İstanbul, 1976. 41. Tigrel, A., Kimya Mühendisliği Ekonomisi, Petkim Petrokimya A.Ş., 1980. 43. Kahya, E., Mühendislik Ekonomisi, OGÜ Müh. Mim. Fak., Eskişehir,1999. 42. Kara, S., Yıldırım, M.E., Tuncel, M., Kıvanç, M., Tamer, Ü., Özdemir, A., Kaytakoğlu, S., Ergun, B., Döğeroğlu, T., Var, F., Uygan., N., Tezcan, Ü., Lüle, M., Çevre Sağlığı, (Ed: N. Varcan), Anadolu Üniversitesi, Açık Öğretim Fakültesi Yayınları, 1995. 43. Dizdar, E., İş Güvenliği, Murathan Yayınevi, Trabzon, 2008. 44. Yiğit, A., İş güvenliği ve İşçi Sağlığı, Aktüel Yayınları, İstanbul, 2005. 45. Crowl, D.A. and Louvar, J.F., Chemical Process Safety Fundamentals with Applications, Prentice Hall, 2002. 46. Karpuzcu, M., Çevre Kirlenmesi ve Kontrolü, Dördüncü baskı, İstanbul, 1994. 47. Tavare, N.S., Industrial crystallization : process simulation analysis and design, New York Milenum Press, 1995. 48. Biegler, L.T., Systematic methods of chemical process design, Upper Saddle River, New jersey, Prentice Hall, 1997. 49. Dimian A.C., Integrated design and simulation of chemical processes, Amsterdam, Elsevier, 2003. 50. Marlin T.E., Process control : designing processes and control systems for dynamic perfomance, 2nd ed., Boston, Mc Graw Hill, 2000. 51. Seider, W.D., Seader, J.D., Lewin, D.R., Product and Process Design Principles, 2nd ed., Wiley, New York, 2004. 52. Hyman, B., Fundamentals of Engineering Design, Prentice Hall, New Jersey, 1998. 53. Ulrich, K.T., Eppinger, S.D., Product Design and Development, 2nd ed., McGraw-Hill, New York, 2000.
54. Dym, C.L., Little, P., Engineering Design: A Project Based Introduction, 2nd ed., Wiley, New York, 2004. 55. Dominick, P.G., Demel, J.T., Lawbaugh, W.M., Freuler, R.J., Kinzel, G.L., Fromm, E., Tools and Tactics of Design, John Wiley, New York, 2001. 56. Sinnott, R.K., An Introduction to Chemical Engineering Design, Pergamon Press, Oxford,1983. 57. Rudd, D.F., Powers, G.J., Siirola, J.J., Process Synthesis, Prentice Hall, New Jersey, 1973. 58. Douglas, J.M., Conceptual Design for Chemical Processes, McGraw-Hill, New York, 1998. 59. Resnick, W., Process Analysis and Design for Chemical Processes, McGraw- Hill, New York, 1981. 60. Bröckel, U., Meier, W., Wagner, G. (eds.), Product Design and Engineering, 2 vols., Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2007. 61. Baktır, E., Toker, I. (ed.), Mühendislikte Tasarım, ODTÜ Mezunları Dernegi Yayınları, Ankara, 2006.