Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

1 GAZ ABSORPSİYONU SİSTEMLERİ TASARIMI. 2 Tanım: Gaz absorpsiyonu, bir gaz karışımının içerdiği bir ya da birden fazla bileşeni çözmek üzere uygun bir.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "1 GAZ ABSORPSİYONU SİSTEMLERİ TASARIMI. 2 Tanım: Gaz absorpsiyonu, bir gaz karışımının içerdiği bir ya da birden fazla bileşeni çözmek üzere uygun bir."— Sunum transkripti:

1 1 GAZ ABSORPSİYONU SİSTEMLERİ TASARIMI

2 2 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. Örnekler: * Baca gazındaki SO 2 ’nin alkali çözeltisi ile uzaklaştırılması * CO 2 ’in yanma ürünlerinden sulu amin çözeltileri ile ayrılması * Doğal gazdan propan ve daha ağır bileşenlerin hidrokarbon yağı ile absorpsiyonu

3 3 ABSORPSİYONDESORPSİYON L 2, x 2 L 1, x 1 V 1, y 1 V 2, y 2 V 1, y 1 V 2, y 2 Amaç gaz karışımındaki bir bileşeni sıvıya almak Amaç sıvıdaki uçucu bileşeni bir gaz ile gaz faza almak (striper)

4 4 Absorpsiyon işlemlerinde üç temel basamak vardır; 1) Gaz ve sıvının uygun bir düzenekte birbiriyle temasının sağlanması 2) İki fazın birbiriyle dengeye gelmesinin sağlanması (gazdan sıvıya kütle aktarımı) 3) Gaz ve sıvı fazlarının birbirinden ayrılması 2. Basamağın hızı; * istenen maddenin her iki fazdaki derişimine * her bir fazın kütle aktarım katsayısına * maddenin sıvıdaki çözünürlüğüne * düzenekteki 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)

5 5 Absorpsiyon sistemi tasarımında genel amaçlar; 1) Sözkonusu gaz karışımı için en uygun çözücünün belirlenmesi 2) En iyi kolon gaz hızının bulunması; kolon çapının belirlenmesi 3) Kolon yüksekliği, dolgu boyutu, tipi veya plaka sayısının belirlenmesi 4) Optimum çözücü hızının bulunması 5) Kolona giren ve çıkan akımların sıcaklığının, çözünme ısısının bulunması 6) Mekanik tasarım; akım dağıtıcıları, dolgu destek maddesi vs. belirlenmesi

6 6 Tasarımdan önce belirlenmesi gereken parametreler; 1) Giren gazın akış hızı, bileşimi ve sıcaklığı (G 1 (veya V 1 ), y i1,T 1 ) 2) Giren sıvının bileşimi, sıcaklığı (x i2,T 2 ) 3) İşletme 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) ideal kademe sayısı veya kolon boyu 3) bir bileşenin ne kadarının absorplanmasının istendiği

7 7 Çözücünün özellikleri; * iyi çözme özelliği * uçucu olmama * ucuz olma * korozif olmama * kararlı olma * düşük viskoziteli olma * köpük oluşturmama * alevlenmeme Dolgu maddesi özellikleri; * korozyona direnç * mekanik dayanım * gerekli akışı sağlama kapasitesi * kütle aktarım etkinliği yüksek * ucuz * inert  Çözücü geri kazanımı için distilasyon gerekir.  Çıkan gaz karışımı çözücüyle doymuş olduğundan çözücü kaybı çok olur, bu nedenle ucuz bir çözücü, çözme gücü yüksek olanla tercih edilir.

8 8 Dolgu Tipleri

9 9 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; P i o 3) Denge dağılma katsayıları; K i * Çeşitli sistemlerin denge sabitleri Handbook, Critical Tables, Properties of gases and liquids gibi kaynaklarda * Denge verileri, gaz-sıvı sistemler için ÇÖZÜNÜRLÜK VERİLERİ ‘dir * Bir gazın sıvıdaki çözünürlüğünü belirlemek için T, P i, x i (aslında toplam basınç P’de belirtilmeli fakat düşük basınçlarda (P<5 atm) çözünürlük basınçtan bağımsız)

10 10 1- HENRY KANUNU; Birçok gaz için P A <= 1 atm için Henry Kanunu geçerlidir. H=f(T) lineer değil P A =H.x A 2- RAULT KANUNU; P A = P A o.x A 3- DENGE DAĞILMA KATSAYILARI; K=y/x

11 11 KOLON TİPİ SEÇİMİ 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

12 12 DOLGULU KOLONLARIN TASARIMI 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 3 : kademe verimi ve kademeler arası mesafeyi ya da aktarım birimleri yüksekliğini belirler

13 13 TASARIM BASAMAKLARI 1- Dolgu türü (Raschig ve Pall halkaları, Berl ve Intalox eyerleri), dolgu boyutu ve dolgu malzemesi seçimi D, m (ft) D P, mm (in) 0.9 (3) (2-3) Malzeme: * seramik * plastik * çelik

14 14 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) y2y2 y1y1 x2x2 x 1(max) x1x1 gerçek sıvı akış hızı için işletme çizgisi minimum sıvı akış hızı için işletme çizgisi denge eğrisi (V 1, y 1 ) bellidir (y 2 ) tasarımcı tarafından belirlenir (x 2 ) bellidir L 2 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 üst alt Eğim=L/V Eğim=(L/V) min

15 15

16 16 3- Film ve tüm kütle aktarım katsayıları * Deneysel olarak fazlar arasındaki kesit alanının (film katsayılarının da) belirlenmesi zor * Hacimsel kütle aktarım katsayıları belirlenir (a=m 2 /m 3 ) dA=a.S.dz (dz hacim elemanındaki kesit alanı) k’ y a=kg mol/s.m 3 dolgu. mol kesri K’ y a=kg mol/s.m 3 dolgu. mol kesri k’ x a=kg mol/s.m 3 dolgu. mol kesri K’ x a=kg mol/s.m 3 dolgu. mol kesri k y a=k G a.P k x a=k L a.C ort

17 17 GAZ SIVI y yiyi xixi x 4- Dolgu yüksekliğinin/ kolon yüksekliğinin bulunması dz L 2, x 2 L 1, x 1 V 1, y 1 V 2, y 2 V,y L,x

18 18 Gaz fazda absorplanmak istenen A için KKD;

19 19

20 20 TRANSFER BİRİMLERİ (HTU ve NTU)

21 21 TRANSFER BİRİMLERİ (devam) 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 m: denge eğrisi eğimi L/V: işletme eğrisi eğimi

22 22 Coulburn Yaklaşımı Denge ve işletme eğrileri doğru şeklinde (seyreltik çözelti durumu) ise ve çözücü çözünen madde içermiyorsa Transfer birimleri sayısı; Bu eşitlik grafiksel olarak da Sinnot, Fig ’da verilmiş Apsis: y 1 /y 2 Ordinat : N OG Parametre: mG m /L m Coulburn yaklaşımına göre Optimum mG m /L m oranı olmalı

23 23

24 24 Cornell ve Onda Yöntemleri (HTU Tahmini için) Dp, mm (in)HTU, m (ft) 25 (1) (1-2) 38 (1 1/2 ) ( 1 1/ /2 ) 50 (2) (2-3) Cornell; Transfer birimleri yüksekliği için korelasyonlar sunmuştur ; Gelişigüzel dolgular için tipik HTU değerleri:

25 25 Burada; H G : Gaz faz transfer ünitesinin yüksekliği, m H L : Sıvı faz transfer ünitesinin yüksekliği, m (Sc) L : Sıvı Schmidt sayısı = (Sc) v : Gaz Schmidt sayısı = Dc: kolon çapı, m. Z: kolon yüksekliği, m. K3: yüzde taşma düzeltme faktörü, şekil : Şekil 11.42’den H G faktorü : Şekil 11.43’den H L faktörü L*w: Birim alan başına kütlesel sıvı akış hızı, kg. m 2.s f1: Sıvı vizkosite düzeltme faktörü = f2: Sıvı yoğunluk düzeltme faktörü f3: Yüzey gerilimi düzeltme faktörü= Burada alt indis w 20 o C’deki suyun özelliklerine gösterir. Diğer tüm fiziksel özellikler Kolon koşullarında bulunur.

26 26 D C /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; D P >0.6 m(2 ft) için çap düzeltme terimi=2.3 Yükseklik düzeltme terimi, sıvı dağıtıcıları arasındaki uzaklık >3 m olduğunda kullanılmalıdır. Şekil ve 11.42, kolondaki %’de taşmayı tahmin etmek için kullanılır. Yüzde taşma = (Tasarlanan basınç düşmesindeki K 4 /Taşmadaki K 4 ) 0.5 K 4 değerleri Şekil 11.44’den bulunabilir

27 27

28 28

29 29 mmsu/m dolgu yüksekliği

30 30 Onda’ nın Metodu Onda et. al. film kütle transfer katsayıları k ve k L ile etkin ıslak bölge alanı a w için kullanışlı korelasyonlar yayımlamıştır. Burada a w H G ve H L yi hesaplamak için kullanılır. Onda’nın korelasyonları çok fazla miktarda gaz absorbsiyonu ve distilasyon verilerine bağlanmıştır. Etkin bölge için eşitlik; G ve kütle aktarım katsayısı için: 0.4

31 31 K 5 : 15 mm üzerindeki dolgu boyutları için 5.23 ve 15 altındaki için ise 2.0 Lw*: birim kesit alanı başına kütlesel akış hızı, kg/ m 2 s V w *: birim kesit alanı başına kütlesel gaz akış hızı, kg /m 2 s a w : birim hacim başına dolgunun etkin arayüzey alanı, m2/ m3 a: birim hacim başına dolgunun gerçek alanı, m2/ m3 d p : dolgu boyutu, m σ c : aşağıda verilen özel dolgu maddeleri için kritik yüzey gerilimi Madde σ c mN/m Seramik61 Metal75 Plastik33 Karbon56 σ L : sıvı yüzey gerilimi, mN/m k G : gaz film kütle transfer katsayısı, kmol/m2 s atm ya da kmol/m2 s k L : sıvı film kütle transfer katsayısı, kmol/m2 s (kmol/m3 s) = m/s k G ‘ nin birimi gaz sabitine bağlıdır; R = atm m 3 kmol K ya da bar m 3 kmol K

32 32 Film transfer birimleri yüksekliği aşağıdaki gibidir; Burada; P: Kolon işletme basıncı, atm ya da bar C t : Toplam derişim, kmol/m 3 = /çözücü molekül ağırlığı G m : birim alan başına molar gaz akış hızı, kmol/m 2 s L m : birim alan başına molar sıvı akış hızı, kmol/m 2 s

33 33 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 için Damıtma için Seçilen basınç düşmesinde kolon kesit alanı ve çapı, Şekil 11.44’de verilen Basınç düşmesi korelasyonundan belirlenebilir. K 4 terimi şekil 11.44’e göre şu şekilde de hesaplanabilir Burada; V w *: gaz kütle akış hızı, kg/m 2 s F p : dolgu faktörü, dolgu tipi ve boyutunun karakteristiği(Tablo 11.2) μ L : sıvı viskozitesi, Ns/m 2 ρ L.ρ V : sıvı ve buhar yoğunlukları, kg /m 3

34 34 Örnek 1.5 in’lik seramik Intalox eğerleri ile doldurulmuş bir absorpsiyon kolonunda hava içindeki SO 2, su ile absorplanacaktır. Daha sonra saf SO 2 bir sıyırıcıda çözücüden uzaklaştırılacaktır. Öncelikle absorpsiyon kolon tasarımı yapılacaktır. Kolona beslenen gaz karışımı 5000 kg/h akış hızında olup hacimce %8 SO 2 içermektedir. Gaz daha sonra 20 o C’ye soğutulacaktır. Giren gaz akımı içerisindeki SO 2 ’nin %95’nin geri kazanılması istenilmektedir. Buna göre, a)İletim birimleri sayısı, N OY b)Kolon Çapı, D P c)Aktarım birimleri yüksekliği, H OG d)Kolon yüksekliği Z’yi bulunuz.

35 35 Çözüm: SO2’nin sudaki çözünürlüğü yüksek olduğundan, atmosferik basınçtaki işletim yeterli olacaktır. Çözücü giriş sıcaklığı 20 o C alınabilir. Çözünürlük verileri; % w/ w çözünen 0,050,1 0,15 0,2 0,30,50,71,01,5 SO 2 kısmi basıncı gaz mm Hg 1,2 3,2 5,8 8,5 14, Beslemedeki SO 2 ’nin kısmi basıncı :

36 36 Aktarım Birimleri Sayısının Bulunması %95 lik geri kazanım için çıkış gazındaki kısmi basınç = 60.8 x 0.05 = 3.06 mm Hg Moleküler Ağırlık: SO2: 64 H2O: 18, hava: 29 giriş

37 37 Şekil 11.40’ı kullanarak (y1/y2 ; N OG grafiği) Farklı su akış hızlarında gerekli kademe sayısı belirlenebilir ve ‘optimum’ hız seçilir. y 1 /y 2 = p 1 /p 2 = = 20 0,50,60,70,80,91,0 N OG 3,7 4,1 6,3 8 10,8 19 Optimum arasında gözükmektedir.

38 38

39 39 0.6’nın altında N OG değerleri ufak azalma vardır; 0.8’in üzerinde ise azalan sıvı akış hızında çok hızlı bir N OG artışı olmaktadır. 0.6 ve 0.8 de sıvı çıkış bileşimini kontrol edersek: Madde balansı L m x 1 = G m (y 1 -y 2 ) ‘de mol kesri, ‘de mol kesri, 0.8 kullanılarak, aborpsiyonda önemli bir kademe sayısını artırmaksızın, daha yüksek derişim elde edilir. Dolayısıyla; N OG =8 İşletme doğrusununu eğimi

40 40 b) Gaz akış hızı = = 1.39 kg/s = = kmol/s Sıvı akış hızı = kmol.s = 31.3 kg/s Dolgu maddesi olarak 38 mm seramik Intalox eğeri seçilirse; Tablo 11.2’den Fp = 52 (dolgu faktörü) 20 0 C deki gaz yoğunluğu = Sıvı Yoğunluğu ~= 1000 kg m 3 Sıvı Viskozitesi ~= N.s m 2 absis

41 41 Şekil 11.44’ ten; K 4 = 0.35 Taşmada; K 4 = mmH2O/ mdolgu basınç düşmesi tasarımı için Taşma yüzdesi =

42 42 Eşitlik den; = Gerekli kolon alanı = Çap = yaklaşık 1.50 m alınabilir. Kolon alanı = Kolon çapına karşı dolgu boyutu oranı=1.5/38x10 -3 =39 Daha geniş dolgu boyutu göz önünde bulundurulmalıdır veya kolon çapı küçültülmelidir. Seçilen çapta % taşma=66(1.43/1.77)=53

43 43 c) Cornell’s metodu D L = 1.7x10 -9 m2.s D V = 1.45x m2/s μ r = 0.018x10 -3 N.s/m2 (Sc) v = (Sc) L = Kg/s m 2 Şekil den %53 taşmada, K 3 = 0.95 Şekil den %53 taşmada, φ h = 80 Şekil den Lw* = 17.6 da θ h = 0.1 H L = Su sıcaklığı 20 0 C alınmıştır ve çözücü sıvı sudur. H OG 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.

44 44 f 1 = f 2 = f 3 = 1 H G = H OG = x 0.8 = 1.3 m Z = 8 x 1.3 = 10.4 m


"1 GAZ ABSORPSİYONU SİSTEMLERİ TASARIMI. 2 Tanım: Gaz absorpsiyonu, bir gaz karışımının içerdiği bir ya da birden fazla bileşeni çözmek üzere uygun bir." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları