KYM 416 Proses Tasarımı II Prof. Dr. Ali Karaduman GAZ ABSORPSĐYON/DESORPSĐYON SĐSTEMLERĐ TASARIMI Ay ı r m a P r o s e s l e r i Gaz-Sıvı • Destilasyon • Buharlaşma • GAZ ABSORPSĐYONU/DESORPSĐYONU Sıvı-Sıvı • Sıvı ekstraksiyonu • Süperkritik ekstraksiyon Katı-Akışkan • • • • • Filtrasyon Adsorpsiyon ve iyon değişimi Kristalizasyon Kurutma Liç 2 ABSORPSĐYON Tanım : Gaz absorpsiyonu, bir gaz karışımının içerdiği bir ya da birden fazla bileşeni çözmek üzere uygun bir sıvı ile temas ettirilerek, gaz bileşenlerin sıvı çözeltilerinin elde edilmesi işlemidir. Yani, absorpsiyon, çözünebilir gaz halindeki bileşenin bir gaz akımından bir çözücü sıvıda çözünmesiyle alınması olarak tanımlanabilir. Absorpsiyon bir difüzyonel kütle aktarım işlemidir. Kütle aktarımı yürütücü güçü: Derişim farkı Yürütücü güç pozitif ise : absorpsiyon Yürütücü güç negatif ise : desorpsiyon (stripping) Çözücü : Su veya düşük uçuculuklu organik bir sıvı Uygulama Örnekler UYGULANAN GAZ ABSORPLANAN GAZ ÇÖZÜCÜ AMAÇ Kok fırın gazı Amonyak Su Yan ürün geri kazanımı Kok fırın gazı Benzen ve toluen Yağ Yan ürün geri kazanımı Metanolden formaldehit üretim gazları Formaldehit Su Ürün geri kazanımı Selüloz asetat elyaf üretimde kurutma gazları Aseton Su Çözücü geri kazanımı Rafineri gazları Hidrojen sülfit Alkali çözeltiler Kirlilik uzaklaştırma Doğal ve rafineri gazları Hidrojen sülfit Sodyum 2,6-(ve 2,7-) antrakinondisülfonat çözeltisi Kirlilik uzaklaştırma Baca gazı Sülfür dioksit Alkali çözelti Kirlilik uzaklaştırma Doğal gaz Propan ve bütan Kerosen Gaz ayırma Amonyak sentez gazı Karbon Monoksit Amonyaklı bakır klorür çözeltisi Kirlenmelerin uzaklaştırılması Kızartma gazları Sülfür dioksit Su Kağıt hamuru için kalsiyum sülfat çözeltisi Yanma ürünleri CO2 Sulu amin Gaz ayırma Destilasyon ile absorpsiyon kıyaslaması DESTĐLASYON ABSORPSĐYON Destilasyonda buhar, kaynama Absorpsiyonda ise noktasındaki sıvının kısmı gazdır ve sıvı buharlaşması ile sağlanır. noktasından Bunun için sıvı kolonda aşağıdadır. kaynama noktasında bulunmalıdır. Destilasyonda molküllerin iki yönde difüzyonu söz konusudur. Yani, eşmolar karşı yönlü yayılma vardır. besleme kaynama oldukça Absorpsiyonda gaz molekülleri sıvı içine yayınır. Absorpsiyonda karşı yönde yayınma ihmal edilir. 5 Absorpsiyon kulelerinde akış yönü olarak çoğunlukla karşı takım kullanılır. Yani, sıvı çözücü yukarıdan verilirken gaz akımı aşağıdan verilir. 6 ABSORPSĐYON DESORPSĐYON L2, x2 L2, x2 V2, y2 V2, y2 V1, y1 V1, y1 L1, x1 Amaç gaz karışımındaki bir bileşeni sıvıya almak L1, x1 Amaç sıvıdaki uçucu bileşeni bir gaz ile gaz faza almak (striper) Absorpsiyon işlemleri Absorpsiyon işlemlerinde üç temel basamak vardır 1) Gaz ve sıvının uygun bir düzenekte birbiriyle temasının sağlanması 2) Đki fazın birbiriyle dengeye gelmesinin sağlanması (gazdan sıvıya kütle aktarımı) 3) Gaz ve sıvı fazlarının birbirinden ayrılması 2. Basamakdaki kütle aktarım hızı; • Đstenen maddenin her iki fazdaki derişimine • Her bir fazın kütle aktarım katsayısına • Maddenin sıvıdaki çözünürlüğüne • Üzenekteki gaz-sıvı ara yüzey alanına Gaz ve Sıvı fazların temas şekline göre absorbsiyon sistemleri; 1) Kademeli temas(kademeli kolon) 2) Diferansiyel temas ( dolgulu kolon, ıslak duvar kolonu, sprey kolon) ABSORPSĐYON SĐSTEMĐ TASARIMINDA GENEL AMAÇLAR Bir absorpsiyon kolonu tasarımı bir çok faktöre ihtiyaç duyar. Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir. 1. Sözkonusu gaz karışımı için en uygun çözücünün belirlenmesi. 2. En iyi kolon gaz hızının bulunması; 3. Kolon çapının belirlenmesi 4. Kolon yüksekliği, kolon tipi 5. Dolgu boyutu, tipi veya plaka sayısının belirlenmesi 6. Optimum çözücü hızının bulunması 7. Kolona giren ve çıkan akımların bileşiminin, sıcaklığının, basınçının ve çözünme ısısının bulunması 8. Mekanik tasarım; akım dağıtıcıları, dolgu destek maddesi vs. belirlenmesi 9. Isı etkileri ve soğutma/ısıtma ihtiyacı 10. Đşletme basıncı ve sıcaklığı ve kolon basınç düşmesi 11. Denge kademelerinin sayısı Tasarımda belirlenmesi gereken parametreler Tasarımdan önce aşağıdaki parametrelerin belirlenmesi gerekir 1) Giren gazın akış hızı, bileşimi ve sıcaklığı (G1 (veya V1), yi1,T1) 2) Giren sıvının bileşimi, sıcaklığı (xi2,T2) 3) Đşletme basıncı (P) 4) Alınan ya da verilen ısı; adyabatik işletimde Q=0 Bu parametreler belirlendikten sonra bile aşağıdaki parametrelerden herhangi ikisinin de bilinmesi gerekir. 1) Sıvı akış hızı veya L/G oranı 2) Đdeal kademe sayısı veya kolon boyu 3) Bir bileşenin ne kadarının absorplanmasının istendiği Çözücünün özellikleri Absorpsiyon kolonlarında çözücü olarak genellikle su ve az uçucu organik çözücüler kullanılabilmektedir. Genel olarak çözücüde aşağıdaki özelliklerin olması istenir. • • • • • • • • Đyi çözme özelliği olmalıdır Uçucu olmamalı Korozif olmamalı Kararlı olmalı ve kolay bozunmamalıdır Düşük viskoziteli olmalı Köpük oluşturmamalı Alevlenmemeli Ucuz olmalıdır Çözücü geri kazanımı için DESTĐLASYON gerekir. Çıkan gaz karışımı çözücüyle doymuş olduğundan çözücü kaybı çok olur, bu nedenle ucuz bir çözücü, çözme gücü yüksek olanla tercih edilir. 11 Dolgu maddesi özellikleri Dolgular maddeleri olarak topraktan yapılmış malzemeler (Rasching halkası, Berl eğeri vb.), plastikler ve paslanmaz çelik dolgu malzemeleri sayılabilir. Dolgu malzemelerinin özellikleri aşağıda verilmiştir. • • • • • • • • • Dayanıklı ve korozyona dirençli olmalı Birim hacmi başına serbest kesit alanı büyük olmalı Birim hacim başına ıslak yüzey fazla olmalı Gaz akışına sürtünme direnci olmamalı Dolgu tarafından tutulan sıvı ağırlığı az olmalı Gerekli akışı sağlama kapasitesi olmalı Kütle aktarım etkinliği yüksek olmalı Birim etkin yüzeyinin fiyatı ucuz olmalı Temasa geldiği gaz-sıvı fazlarla reaksiyon vermemeli (inert olmalı) 12 Buhar-Sıvı Denge veya Çözünürlük Verileri; 1) Ağırlık veya mol kesri olarak çözünürlük verileri ya da Henry sabitleri; y=f(x), H 2) Saf bileşen buhar basınçları; Pio 3) Denge dağılma katsayıları; Ki * Çeşitli sistemlerin denge sabitleri «Handbook, Critical Tables, Properties of gases and liquids» gibi kaynaklardan sağlanabilir. * Denge verileri, gaz-sıvı sistemler için ÇÖZÜNÜRLÜK VERĐLERĐ ‘dir * Bir gazın sıvıdaki çözünürlüğünü belirlemek için T, Pi, xi (aslında toplam basınç P’de belirtilmeli fakat düşük basınçlarda (P<5 atm) çözünürlük basınçtan bağımsız) 1- HENRY KANUNU; Birçok gaz için PA<= 1 atm için Henry Kanunu geçerlidir. H=f(T) lineer değil PA=H.xA 2- RAULT KANUNU; PA= PAo.xA 3- DENGE DAĞILMA KATSAYILARI; K=y/x KOLON TĐPĐ SEÇĐMĐ Gaz aborpsiyon cihazlarının tasarımında temel gereksinme gazı sıvı ile temasa getirmektir ve cihazın etkinliği iki faz arasındaki yeterli teması sağlamasıdır. Absrpsiyonda bir çok kolon tipi olmasına rağmen çoğunlukla kademeli ve dolgulu kolonlar kullanılır. Dolgulu Kolonlar • • • • Korozif akışkanla çalışılırken Köpük yapan sıvılar sözkonusu ise Basınç düşmesinin az olması istendiğinde D<0.6 m olan küçük ölçekli sistemler için tercih edilir ANCAK; • Sıvı hızı düşükken kanallaşma • Gaz hızı yüksekken taşma • Isı aktarımı yapmak zor • Sıvı hold-up daha düşük Kademeli Kolonlar • • • • • Büyük ölçekli işletimlerde Sıvı akış hızı düşük olduğunda Gaz akış hızı yüksek ise Ard arda soğutma gerekiyorsa Akışkanın taşıdığı katılarca kolonun tıkanma ihtimali varsa tercih edilir AYRICA; • Sıvı hold-up yüksek • Basınç düşmesi yüksek • Geniş gaz ve sıvı akış hızı aralıklarında kullanılabilir 15 Dolgulu kolon yüksekliği; 1- Termodinamik dengeye 2- Belirli bir bileşenin ne kadarının absorplanmasının istendiğine 3- Sistemin kütle aktarım etkinliğine bağlıdır 1 ve 2: Gerekli teorik kademe ya da aktarım birimleri sayısını (NTU) belirler 3 : Kademe verimi ve kademeler arası mesafeyi ya da aktarım birimleri yüksekliğini (HTU) belirler 16 DOLGULU KOLONLARIN TASARIMI BASMAKLARI 1- Dolgu türü (Raschig ve Pall halkaları, Berl ve Intalox eyerleri vb.), dolgu boyutu ve dolgu malzemesi seçimi D, m (ft) < 0.3 (1) 0.3-0.9 (1-3) >0.9 (3) DP, mm (in) <25 (1) 25-38 (1-1.5) 50-75 (2-3) Malzeme:- seramik - plastik - çelik 17 2- Limit ve optimum L’/V’ oranının belirlenmesi Dolgulu kolonlarda belirli bir dolgu boyutu ve tipi ile sıvı akış hızına karşılık gaz akış hızının bir üst limiti vardır (Taşma hızı) alt y1 gerçek sıvı akış hızı için işletme çizgisi minimum sıvı akış hızı için işletme çizgisi Eğim=L/V denge eğrisi y2 üst x2 Eğim=(L/V)min x1 x1(max) (V1, y1) bellidir (y2) tasarımcı tarafından belirlenir (x2) bellidir L2 seçilir • L büyükse kolon çapı büyür, çözücü geri kazanımı da masraflı • L küçükse kolon boyu dolayısıyla maliyet artar • Optimum L/V oranı 1.5 (L/V)min değeridir 18 Gaz akış hızı için de kritik bir değer söz konusu. 19 3- Film ve tüm kütle aktarım katsayıları * Deneysel olarak fazlar arasındaki kesit alanının (film katsayılarının da) belirlenmesi zor Fazla arası kütle aktarımı için en çok kullanılan iki film modelidir. Kütle aktarım birimlerini bulmak ondan da kolon çapı ve boyunu bulmak için kütle aktarım katsayılarına ihtiyaç vardır. kya=kg mol/s.m3dolgu. mol kesri Kya=kg mol/s.m3dolgu. mol kesri kxa=kg mol/s.m3dolgu. mol kesri Kxa=kg mol/s.m3dolgu. mol kesri kya=kGa.P kxa=kLa.Cort GAZ SIVI y yi xi x 4- Dolgu yüksekliğinin/ kolon yüksekliğinin bulunması * Hacimsel kütle aktarım katsayıları belirlenir (a=m2/m3) dA=a.S.dz (dz hacim elemanındaki kesit alanı) Sıvı filim L2, x2 V2, y2 Dolgu malzemesi Gaz (sürekli faz) y x dz y+dy V1, y1 x+dx ara yüzey alanı a= kolon hacmi L1, x1 21 Gaz fazda absorplanmak istenen A için KKD ( V .y ) z − ( V .y ) z +∆z − r .a.A.∆z = 0 d ( V .y ) − − r . aA = 0 dz r .a = kya ( y − yi ) y V . y = V '.Y = V ' 1− y V' V = ⇒ V' = V (1 − y ) 1− y r= mol A ara yüzey alan ı. zaman V ' : toplam inert hıız, Y : inert kesri 22 y dy dy d (V . y ) = V ' d ( ) =V' =V( ) 2 1− y (1 − y ) 1− y zT zT = zT = y2 V/A dy − k y a ( 1 − y )( y − y i ) ∫ dz = ∫ 0 y1 zT x2 ∫ dz = ∫ 0 x1 y1 > y 2 L/ A dx − k x a ( 1 − x )( xi − x ) x1 < x 2 Seyreltik Sistemlerde V=Sbt V / A zT = − k ya HTU y2 ∫ y1 dy ( y − yi ) NTU V / A zT = − K ya y2 ∫ y1 dy ( y − y* ) TRANSFER BĐRĐMLERĐ (HTU ve NTU) Genellikle HTU deneysel olarak, NTU ise denge verilerinden hesaplanır ve kolon yüksekliği Z bulunur. z = HG NG V /A = k'y a L/ A z = H LN L = k'x a z = H OG N OG z = H OL N OL y1 (1 − y ) im dy ∫y (1 − y )( y − y i ) 2 x1 (1 − x ) im dx ∫x (1 − x )( x i − x ) 2 V /A = K 'y a L/ A = K 'x a y1 (1 − y ) * m dy ∫y (1 − y )( y − y * ) 2 x1 (1 − x ) * m dx ∫x (1 − x )( x * − x ) 2 z = H G NG = H L N L = H OG NOG = H OL NOL 24 TRANSFER BĐRĐMLERĐ (devam) Benzer bir HTU değerinden diğerine geçmek gerekebilir. Gaz karışımının A’ya göre mol kesri % 10’dan küçükse (seyreltik) integral içindeki terimler kolonun altı ve üstü için hesaplanan ortalama değerleri şeklinde dışarı çıkar. y1 ( 1 − y )im dy z = H G NG = H G ( 1 − y ) ort y2 ( y − yi ) ∫ x1 ( 1 − x )im dx z = HLNL = HL ( 1 − x ) ort x2 ( xi − x ) ∫ y1 z = H OG N OG ( 1 − y )* m dy = H OG * ( 1 y ) − ( y y ) − ort y2 ∫ x1 z = H OL N OL ( 1 − x )* m dx = H OL * ( 1 x ) − ( x −x) ort x2 mV HOG = HG + HL L L HOL = HL + HG mV m: denge eğrisi eğimi L/V: işletme eğrisi eğimi ∫ 25 NTU Tahmini Coulburn Yaklaşımı : Denge ve işletme eğrileri doğru şeklinde (seyreltik çözelti durumu) ise ve çözücü çözünen madde içermiyorsa Transfer birimleri sayısı; N OG mGm y1 mGm 1 + ln 1 − = 1 − ( mGm / Lm ) Lm y2 Lm Bu eşitlik grafiksel olarak da Sinnot, Şekil 11.40’da verilmektedir. Apsis: y1/y2 Ordinat : NOG Parametre: mGm/Lm Coulburn yaklaşımına göre Optimum mGm/Lm oranı 0.7-0.8 olmalı 26 27 HTU Tahmini Cornell ve Onda Yöntemleri : Gelişigüzel dolgular için tipik HTU değerleri: Dp, mm (in) HTU, m (ft) 25 (1) 0.3-0.6 (1-2) 38 (11/2 ) 0.5-0.75 (11/2 - 21/2 ) 50 (2) 0.6-1.0 (2-3) Cornell’in transfer birimleri yüksekliği için korelasyonları vardır : Dc 1.11 Z 0.33 * H G = 0.011ψ ( Sc )V ( ) ( ) /( LW f 1 f 2 f 3 )0.5 0.305 3.05 Z 0.15 0.5 H L = 0.305ϕ h ( Sc )L K 3 ( ) 3.05 0.5 28 Burada; HG : Gaz faz transfer biriminin yüksekliği, m HL : Sıvı faz transfer biriminin yüksekliği, m (Sc)L : Sıvı Schmidt sayısı = µ L / ρ L D L (Sc)v : Gaz Schmidt sayısı = µ v Dc Z K3 L*w : kolon çapı, m. : kolon yüksekliği, m. : yüzde taşma düzeltme faktörü, Şekil 11.41 : Şekil 11.42’den HG faktorü : Şekil 11.43’den HL faktörü : Birim alan başına kütlesel sıvı akış hızı, kg. m2.s f1 : Sıvı vizkosite düzeltme faktörü = ( µ L µV ) 0.16 f2 : Sıvı yoğunluk düzeltme faktörü = ( ρ W ρ V ) 1.25 f3 0 .8 ( σ σ ) : Yüzey gerilimi düzeltme faktörü= w L φh ψh / ρ v Dv Burada alt indis w 20oC’deki suyun özelliklerine gösterir. Diğer tüm fiziksel özellikler Kolon koşullarında bulunur. DC /0.305 ve Z/3.05 terimleri kolon çapının ve yüksekliğinin etkilerini gösterir. Standart değerler olan 1 ft(0.305 m) çap için ve 10 ft (3.05 m) yükseklik için kullanılır. Tasarımda; DP>0.6 m(2 ft) için çap düzeltme terimi=2.3 Yükseklik düzeltme terimi , sıvı dağıtıcıları arasındaki uzaklık >3 m olduğunda kullanılmalıdır . Şekil 11.41 ve 11.42 , kolondaki %’de taşmayı tahmin etmek için kullanılır. Yüzde taşma = (Tasarlanan basınç düşmesindeki K4/Taşmadaki K4)0.5 K4 değerleri Şekil 11.44’den bulunabilir 30 31 32 mm su / m dolgu yüksekliği 33 Onda’ nın Metodu Onda et. al. film kütle transfer katsayıları k ve kL ile etkin ıslak bölge G alanı aw için kullanışlı korelasyonlar yayımlamıştır. Burada aw, HG ve HL yi hesaplamak için kullanılmaktadır. Onda’nın korelasyonları çok fazla miktarda gaz absorbsiyonu ve destilasyon verilerine bağlanmıştır. Etkin bölge için eşitlik; σ aw = 1 − exp − 1.45 c a σ L 0.75 aµ L L*w 0.1 *2 Lw a 2 ρLg −0.05 *2 Lw ρ Lσ L a 0.2 ve kütle aktarım katsayısı için: 1.3 ρ kL L µL g L = 0.0051 a µ w L * w 2.3 µL D ρ L L − 1.2 0.4 ( ad p ) 34 Vw* kG RT = K5 a Dv aµc K5 Lw* Vw* aw a dp σc Madde 0.7 1.3 µv −2.0 ( ad p ) ρ v Dv : 15 mm üzerindeki dolgu boyutları için 5.23 ve 15 altındaki için ise 2.0 : birim kesit alanı başına kütlesel akış hızı, kg/ m2s : birim kesit alanı başına kütlesel gaz akış hızı, kg /m2s : birim hacim başına dolgunun etkin arayüzey alanı, m2/ m3 : birim hacim başına dolgunun gerçek alanı, m2/ m3 : dolgu boyutu, m : aşağıda verilen özel dolgu maddeleri için kritik yüzey gerilimi σc mN/m Seramik 61 Metal 75 Plastik 33 Karbon 56 σL : sıvı yüzey gerilimi, mN/m kG : gaz film kütle transfer katsayısı, kmol/m2 s atm ya da kmol/m2 s kL : sıvı film kütle transfer katsayısı, kmol/m2 s (kmol/m3 s) = m/s kG‘ nin birimi gaz sabitine bağlıdır; R = 0.08206 atm m3 kmol K ya da 0.08314 bar m3 kmol K 35 Film transfer birimleri yüksekliği aşağıdaki gibidir; H H G L = Gm kG aw P Lm = k LawC t Burada; P Ct Gm Lm : Kolon işletme basıncı, atm ya da bar : Toplam derişim, kmol/m3 = ρ L /çözücü molekül ağırlığı : birim alan başına molar gaz akış hızı, kmol/m2s : birim alan başına molar sıvı akış hızı, kmol/m2s 36 Kolon Çapı (Kapasite) Bir dolgulu kolonun kapasitesi kesit alanından belirlenebilir. Gaz hızı taşma hızının yaklaşık %80’i kadardır. Tavsiye edilen basınç düşmesinin tasarım değerleri ( mm su/m dolgu); Absorpsiyon ve desorpsiyon : 15-50 Destilasyon : 40-80 Seçilen basınç düşmesinde kolon kesit alanı ve çapı, Şekil 11.44’de verilen Basınç düşmesi korelasyonundan belirlenebilir . K4 terimi şekil 11.44’e göre şu şekilde de hesaplanabilir K4 = 42.9(Vw* ) 2 Fp ( µ L ρ L )0.1 ρv ( ρ L − ρv ) Burada; Vw* : gaz kütle akış hızı, kg/m2s Fp : dolgu faktörü, dolgu tipi ve boyutunun karakteristiği(Tablo 11.2) µL : sıvı viskozitesi, Ns/m2 ρL.ρV : sıvı ve buhar yoğunlukları, kg /m3 37 Örnek 1.5 in’lik seramik Intalox eğerleri ile doldurulmuş bir absorpsiyon kolonunda hava içindeki SO2, su ile absorplanacaktır. Daha sonra saf SO2 bir sıyırıcıda çözücüden uzaklaştırılacaktır. Öncelikle absorpsiyon kolon tasarımı yapılacaktır. Kolona beslenen gaz karışımı 5000 kg/h akış hızında olup hacimce %8 SO2 içermektedir. Gaz daha sonra 20 oC’ye soğutulacaktır. Giren gaz akımı içerisindeki SO2’nin %95’nin geri kazanılması istenilmektedir. Buna göre, a) b) c) d) Transfer birimleri sayısı, NOY Kolon Çapı, DP Aktarım birimleri yüksekliği, HOG Kolon yüksekliği Z’yi bulunuz. 38 Çözüm: SO2’nin sudaki çözünürlüğü yüksek olduğundan, atmosferik basınçtaki işletim yeterli olacaktır. Çözücü giriş sıcaklığı 20oC alınabilir. Çözünürlük verileri (Perry); % w/ w çözünen 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 SO2 kısmi basıncı gaz mm Hg 1,2 3,2 5,8 8,5 Beslemedeki SO2’nin kısmi basıncı : 14,1 0,5 0,7 1,0 1,5 26 39 59 92 8 x760 = 60.8mmHg 100 39 a) Transfer birimleri sayısının (NOG) bulunması %95 lik geri kazanım için çıkış gazındaki kısmi basınç = giriş 60.8 x 0.05 = 3.06 mm Hg Moleküler Ağırlık: SO2: 64 H2O: 18, hava: 29 p1 N OG = ∫ p2 dp p − pe 40 Şekil 11.40’ı kullanarak (y1/y2 ; NOG grafiği) Farklı su akış hızlarında gerekli kademe sayısı belirlenebilir ve ‘optimum’ hız seçilir. y1/y2 = p1/p2 = 60.8 3.04 m Gm Lm NOG 0,5 3,7 Gm m Optimum Lm 0,6 4,1 = 20 0,7 6,3 0,8 0,9 8 10,8 1,0 19 0.6 -0.8 arasında gözükmektedir. 41 42 0.6’nın altında NOG değerlerinde küçük azalmalar vardır; 0.8’in üzerinde ise azalan sıvı akış hızında çok hızlı bir NOG artışı olmaktadır. 0.6 ve 0.8 de sıvı çıkış bileşimini kontrol edersek: Madde denkliği Lmx1 = Gm(y1-y2) Gm m Gm x1 = (0.08 x 0.95) = (0.076) Lm 29.0 Lm Denge doğrusununu eğimi mGm Lm = 0.6 ‘de x1 = 1.57 x10 −3mol kesri, −3 x = 2.17 x 10 mGm Lm = 0.8 ‘de 1 mol kesri, 0.8 kullanılarak, aborpsiyonda önemli bir kademe sayısını artırmaksızın, daha yüksek derişim elde edilir. Dolayısıyla; 43 NOG=8 b) Kolon çapının bulunması, DP 5000 1.39 Gaz akış hızı = = 1.39 kg/s = = 0.048 kmol/s 29 3600 29.0 x0.048 = 1.74 kmol/s = 31.3 kg/s Sıvı akış hızı = 0.8 Dolgu maddesi olarak 38 mm (1.5 in) seramik Intalox eğeri seçilirse; Tablo 11.2’den Fp = 170 m-1 (dolgu faktörü) 29 273 3 0 x = 1.21 kg / m 20 C deki gaz yoğunluğu = 22.4 293 Sıvı Yoğunluğu ~= 1000 kg/m3 Sıvı Viskozitesi ~= 10-3 N.s m2 L*w Gw* ρv 31.3 1.21 = = 0.78 3 ρ L 1.39 10 Şekil 11.44’ün absisi 44 Şekil 11.44’ ten; 20 mmH2O/ m dolgu basınç düşmesi tasarımı için K4 = 0.35 Taşmada; K4 = 0.8 Yüzde taşma = (Tasarlanan basınç düşmesindeki K4/Taşmadaki K4)0.5 Taşma yüzdesi = 0.35 x100 = 66 0.8 45 Eşitlik 11.118 den; 1.2 K ρ ( ρ − ρv ) Vw* = 4 v L 0.1 µ ρ 42.9 F ( ) p L L Gerekli kolon alanı = Çap = 4 π x1.6 = 1.43m Kolon alanı = π 4 1.2 = 0.35 x1.21(1000 − 1.21) 42.9 x52(10−3.103 )0.1 = 0.87 kg / m 2 .s 1.39 = 1.6m 2 0.87 Kolonun kesit alanı başına gaz kütlesel akış hızı yaklaşık 1.50 m alınabilir. x1.52 = 1.77 m 2 Kolon çapına karşı dolgu boyutu oranı=1.5/38x10-3=39 Seçilen çapta % taşma=66(1.6/1.77)=60 Daha geniş dolgu boyutu göz önünde bulundurulmalıdır veya kolon çapı küçültülmelidir. 46 c) HOG Tahmini 0.018 x10−3 (Sc)v = 1.21x1.45 x10−5 = 1.04 Cornell’s metodu : 10−3 = 588 (Sc)L = 1000 x1.7 x10−9 1.7x10-9 DL = m2.s DV = 1.45x 10-5 m2/s µr = 0.018x10-3 N.s/m2 L*w = 31.3 = 17.6 Kg/s m2 1.77 Şekil 11.41 den %53 taşmada, K3 = 0.95 Şekil 11.42 den %53 taşmada, φh = 80 Şekil 11.43 den Lw* = 17.6 da θh = 0.1 HOG değeri yaklaşık 1m olacağı beklenildiğinden Z’nin ilk tahmini 8m alınabilir. Kolon çapı 0.6 m’den büyük olduğundan çap düzeltme terimi 2.3 alınabilir. HL = 8 0.305x0.1(588)0.5 x0.95 3.05 0.15 = 0.8m Su sıcaklığı 20 0C alınmıştır ve çözücü sıvı sudur. 47 f1 = f2 = f3 = 1 HG = 8 0.011x80(1.04) (2.3) 3.05 0.33 0.5 (17.6)0.5 = 0.7m mV HL L L = HL + HG mV H OG = H G + H OL HOG = 0.7 + 0.8 x 0.8 = 1.3 m d) Kolon yüksekliği Z’nin bulunması Z = HOG NOG Z = 1.3 x 8 Z = 10.4 m Tahmin edilen değere yakın. 48