gaz absorps Đyon/desorps Đyon sĐstemler...
Post on 19-Sep-2019
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
KYM 416 Proses Tasarımı II
GAZ
ABSORPSĐYON/DESORPSĐYON
Prof. Dr.
Ali Karaduman
ABSORPSĐYON/DESORPSĐYON
SĐSTEMLERĐ TASARIMI
� Gaz-Sıvı• Destilasyon• Buharlaşma• GAZ ABSORPSĐYONU/DESORPSĐYONU
Ayırma Prosesler i
� Sıvı-Sıvı• Sıvı ekstraksiyonu• Süperkritik ekstraksiyon
� Katı-Akışkan• Filtrasyon• Adsorpsiyon ve iyon değişimi• Kristalizasyon• Kurutma• Liç 2
ABSORPSĐYON
Tanım : Gaz absorpsiyonu, bir gazkarışımının içerdiği bir ya da birden fazlabileşeni çözmek üzere uygun bir sıvı iletemas ettirilerek, gaz bileşenlerin sıvıçözeltilerinin elde edilmesi işlemidir. Yani,absorpsiyon, çözünebilir gaz halindekibileşenin bir gaz akımından bir çözücüsıvıda çözünmesiyle alınması olaraktanımlanabilir.tanımlanabilir.
Absorpsiyon bir difüzyonel kütle aktarımişlemidir.
Kütle aktarımı yürütücü güçü: Derişim farkı
Yürütücü güç pozitif ise : absorpsiyonYürütücü güç negatif ise : desorpsiyon
(stripping)Çözücü : Su veya düşük uçuculuklu organikbir sıvı
UYGULANAN GAZ ABSORPLANANGAZ
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
Uygulama Örnekler
Rafineri gazları Hidrojen sülfit Alkali çözeltiler Kirlilik uzaklaştırma
Doğal ve rafineri gazları Hidrojen sülfit Sodyum 2,6-(ve 2,7-) antrakinondisülfonatçözeltisi
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
Kirlenmelerinuzaklaştırılması
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, kaynamanoktasındaki sıvının kısmıbuharlaşması ile sağlanır.Bunun için sıvı kolonda
Absorpsiyonda ise beslemegazdır ve sıvı kaynamanoktasından oldukçaaşağıdadır.
5
Bunun için sıvı kolondakaynama noktasındabulunmalıdır.
aşağıdadır.
Destilasyonda molküllerin ikiyönde difüzyonu sözkonusudur. Yani, eşmolar karşıyönlü yayılma vardır.
Absorpsiyonda gaz moleküllerisıvı içine yayınır. Absorpsiyondakarşı yönde yayınma ihmaledilir.
Absorpsiyon kulelerinde akış yönü olarak çoğunlukla karşıtakım kullanılır. Yani, sıvı çözücü yukarıdan verilirken gazakımı aşağıdan verilir.
6
ABSORPSĐYON
L2, x2
V2, y2
DESORPSĐYON
L2, x2
V2, y2
L1, x1
V1, y1
Amaç gaz karışımındaki bir bileşeni sıvıya almak
L1, x1
V1, y1
Amaç sıvıdaki uçucu bileşeni bir gaz ile gaz faza almak (striper)
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;
Absorpsiyon işlemleri
Absorpsiyon işlemlerinde üç temel basamak vardır
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
1. Sözkonusu gaz karışımı için en uygun çözücünün belirlenmesi.
2. En iyi kolon gaz hızının bulunması; 3. Kolon çapının belirlenmesi4. Kolon yüksekliği, kolon tipi5. Dolgu boyutu, tipi veya plaka sayısının belirlenmesi
Bir absorpsiyon kolonu tasarımı bir çok faktöre ihtiyaç duyar. Bunlardan bazıları aşağıda verilmiştir.
5. Dolgu boyutu, tipi veya plaka sayısının belirlenmesi6. Optimum çözücü hızının bulunması7. Kolona giren ve çıkan akımların bileşiminin,
sıcaklığının, basınçının ve çözünme ısısının bulunması8. Mekanik tasarım; akım dağıtıcıları, dolgu destek
maddesi vs. belirlenmesi9. Isı etkileri ve soğutma/ısıtma ihtiyacı10. Đşletme basıncı ve sıcaklığı ve kolon basınç düşmesi11. Denge kademelerinin sayısı
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
Tasarımda belirlenmesi gereken parametreler
1) Sıvı akış hızı veya L/G oranı
2) Đdeal kademe sayısı veya kolon boyu
3) Bir bileşenin ne kadarının absorplanmasının istendiği
Bu parametreler belirlendikten sonra bile aşağıdaki parametrelerdenherhangi ikisinin de bilinmesi gerekir.
• Đyi çözme özelliği olmalıdır• Uçucu olmamalı• Korozif olmamalı• Kararlı olmalı ve kolay bozunmamalıdır• Düşük viskoziteli olmalı
Çözücünün özellikleri
Absorpsiyon kolonlarında çözücü olarak genellikle su ve az uçucu organikçözücüler kullanılabilmektedir. Genel olarak çözücüde aşağıdakiözelliklerin olması istenir.
11
• Düşük viskoziteli olmalı• Köpük oluşturmamalı• Alevlenmemeli• Ucuz olmalıdır
Çözücü geri kazanımı için DESTĐLASYON gerekir.
Çıkan gaz karışımı çözücüyle doymuş olduğundan çözücü kaybı çok olur, bunedenle ucuz bir çözücü, çözme gücü yüksek olanla tercih edilir.
• Dayanıklı ve korozyona dirençli olmalı
• Birim hacmi başına serbest kesit alanı büyük olmalı
Dolgu maddesi özellikleriDolgular maddeleri olarak topraktanyapılmış malzemeler (Rasching halkası,Berl eğeri vb.), plastikler ve paslanmazçelik dolgu malzemeleri sayılabilir. Dolgumalzemelerinin özellikleri aşağıdaverilmiştir.
12
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)
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
Buhar-Sıvı Denge veya Çözünürlük Verileri;
* 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; 2- RAULT KANUNU;
PA= PAo.xA
3- DENGE DAĞILMA KATSAYILARI;
K=y/x
KOLON TĐPĐ SEÇĐMĐ
Dolgulu Kolonlar
• Korozif akışkanla çalışılırken • Köpük yapan sıvılar sözkonusu ise• Basınç düşmesinin az olması
Kademeli Kolonlar
• Büyük ölçekli işletimlerde• Sıvı akış hızı düşük olduğunda
Gaz aborpsiyon cihazlarının tasarımında temel gereksinme gazı sıvı ile temasagetirmektir ve cihazın etkinliği iki faz arasındaki yeterli teması sağlamasıdır.Absrpsiyonda bir çok kolon tipi olmasına rağmen çoğunlukla kademeli ve dolgulukolonlar kullanılır.
15
• 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
• 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
1- Termodinamik dengeye
2- Belirli bir bileşenin ne kadarının absorplanmasının istendiğine
3- Sistemin kütle aktarım etkinliğine bağlıdır
Dolgulu kolon yüksekliği;
16
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
D, m (ft) DP, mm (in)
< 0.3 (1) <25 (1)
0.3-0.9 (1-3) 25-38 (1-1.5)
>0.9 (3) 50-75 (2-3)
DOLGULU KOLONLARIN TASARIMI BASMAKLARI
1- Dolgu türü (Raschig ve Pall halkaları, Berl ve Intalox eyerleri vb.), dolgu boyutu ve dolgu malzemesi seçimi
17
>0.9 (3) 50-75 (2-3)
Malzeme:- seramik
- plastik
- çelik
Dolgulu kolonlarda belirli bir dolgu boyutu ve tipi ile sıvı akış
hızına karşılık gaz akış hızının bir üst limiti vardır (Taşma hızı)
y1gerçek sıvı akış hızı için işletme çizgisi
minimum sıvı akış hızı için işletme çizgisi
denge eğrisi
alt
Eğim=L/V
2- Limit ve optimum L’/V’ oranının belirlenmesi
18
y2
x2 x1(max)x1
denge eğrisi
(V1, y1) bellidir(y2) tasarımcı tarafından belirlenir(x2) bellidirL2 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 Eğim=(L/V)min
Gaz akış hızı için de kritik bir değer söz konusu.
19
* 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.
3- Film ve tüm kütle aktarım katsayıları
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
L2, x2V2, y2
* Hacimsel kütle aktarım katsayıları belirlenir (a=m2/m3)dA=a.S.dz (dz hacim elemanındaki kesit alanı)
Dolgu malzemesi
Gaz (sürekli faz)
Sıvı filim
21
dz
x+dxy+dy
xy
L1, x1V1, y1
hacmikolon
alanıyüzeyaraa =
0aA.rdz
)y.V(d=−−
0z.A.a.r)y.V()y.V(zzz
=−−+
∆∆
Gaz fazda absorplanmak istenen A için KKD
22
kesriinertYhıızinerttoplamV :,:')y1(V'V
y1
'VV −=⇒
−=
zamanalanıyüzeyara
Amolr
.=y1
y'VY'.Vy.V
)yiy(kyaa.r
−==
−=
21
i
y
y y
z
0
T yy)yy)(y1(
dy
ak
A/Vdzz
2
1
T
>−−
−== ∫∫
)1
()1(
')1
(').(2
y
dyV
y
dyV
y
ydVyVd
−=
−=
−=
21
i
x
x x
z
0
T
y0
xx)xx)(x1(
dx
ak
A/Ldzz
2
1
T
1
<−−
−== ∫∫
∫∫ −−=
−−=
2
1
2
1
y
y
*y
T
y
y iy
T)yy(
dy
aK
A/Vz
)yy(
dy
ak
A/Vz
Seyreltik Sistemlerde V=Sbt
HTU NTU
∫
∫
−−
−==
−−
−==
1
1
2
1
1
1
1
x
imLL
y
y i
im
y
GG
xxx
dxx
ak
ALNHz
yyy
dyy
ak
AVNHz
))((
)(
'
/
))((
)(
'
/
TRANSFER BĐRĐMLERĐ (HTU ve NTU)
Genellikle HTU deneysel olarak, NTU ise denge verilerinden hesaplanır vekolon yüksekliği Z bulunur.
24
∫
∫
∫
−−
−==
−−
−==
−−
1
2
1
2
2
1
1
1
1
1
x
x
m
x
OLOL
y
y
m
y
OGOG
x ix
xxx
dxx
aK
ALNHz
yyy
dyy
aK
AVNHz
xxxak
))((
)(
'
/
))((
)(
'
/
))(('
*
*
*
*
OLOLOGOGLLGG NHNHNHNHz ====
∫
∫
−==
−
−
−==
1
1
2
x
y
y iort
imGGG
dx)x1(
)yy(
dy
)y1(
)y1(HNHz
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.
LGOG HL
mVHH +=
25
∫
∫
∫
−
−
−==
−
−
−==
−
−
−==
1
2
1
2
2
x
x
*
ort
m*OLOLOL
y
y
*
ort
m*OGOGOG
x iort
imLLL
)xx(
dx
)x1(
)x1(HNHz
)yy(
dy
)y1(
)y1(HNHz
)xx(
dx
)x1(
)x1(HNHz
GLOL
LGOG
HmV
LHH
HL
HH
+=
+=
m: denge eğrisi eğimiL/V: işletme eğrisi eğimi
NTU Tahmini
Coulburn Yaklaşımı : Denge ve işletme eğrileri doğru şeklinde (seyreltik
çözelti durumu) ise ve çözücü çözünen madde içermiyorsa Transfer
birimleri sayısı;
+
−
−=
m
m
2
1
m
m
mm
OGL
mG
y
y
L
mG1ln
)L/mG(1
1N
26
Bu eşitlik grafiksel olarak da Sinnot, Şekil 11.40’da verilmektedir.
Apsis: y1/y2Ordinat : NOG
Parametre: mGm/Lm
Coulburn yaklaşımına göre
Optimum mGm/Lm oranı 0.7-0.8 olmalı
27
Cornell ve Onda Yöntemleri :
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)
Gelişigüzel dolgular için tipik HTU değerleri:
HTU Tahmini
28
Cornell’in transfer birimleri yüksekliği için korelasyonları vardır :
15.03
5.0
LhL
5.0321
*
W33.011.15.0
VG
)05.3
Z(K)Sc(305.0H
)fffL/()05.3
Z()
305.0
Dc()Sc(011.0H
ϕ
ψ
=
=
Burada;HG : Gaz faz transfer biriminin yüksekliği, mHL : Sıvı faz transfer biriminin 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 11.41
LLL Dρµ /
vvv Dρµ /
K3 : yüzde taşma düzeltme faktörü, Şekil 11.41: Şekil 11.42’den HG faktorü: Şekil 11.43’den HL faktörü
L*w : Birim alan başına kütlesel sıvı akış hızı, kg. m2.s
f1 : Sıvı vizkosite düzeltme faktörü =
f2 : Sıvı yoğunluk düzeltme faktörü
f3 : Yüzey gerilimi düzeltme faktörü=
hψhφ
16.0)( VL µµ
25.1)( VW ρρ=
8.0)( Lwσσ
Burada alt indis w 20oC’deki suyun özelliklerine gösterir. Diğer tüm fizikselözellikler 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 içinkullanılır.
Tasarımda; DP>0.6 m(2 ft) için çap düzeltme terimi=2.3
Yükseklik düzeltme terimi , sıvı dağıtıcıları arasındaki uzaklık >3 m olduğundakullanılmalıdır .
30
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
31
32
mm su / m dolgu yüksekliği
33
Onda et. al. film kütle transfer katsayıları k ve kL ile etkin ıslak bölgealanı aw için kullanışlı korelasyonlar yayımlamıştır. Burada aw, HG ve HL yi hesaplamak için kullanılmaktadır.Onda’nın korelasyonları çok fazla miktarda gaz absorbsiyonu vedestilasyon verilerine bağlanmıştır.
Etkin bölge için eşitlik;
G
− 2.0
2*05.0
2*1.0
*75.0
Onda’ nın Metodu
34
−−=
− 2.02*
05.0
2
2*1.0
*75.0
45.1exp1a
L
g
aL
a
L
a
a
LL
w
L
w
L
w
L
cw
σρρµσ
σ
ve kütle aktarım katsayısı için:
2.31.3 1.2*
0.0051 ( )wL LL p
L w L L L
Lk ad
g a D
ρ µ
µ µ ρ
−
=
0.4
0.7 1.3*
2.0
5 ( )G w vp
v c v v
k VRTK ad
a D a D
µ
µ ρ
−
=
K5 : 15 mm üzerindeki dolgu boyutları için 5.23 ve 15 altındaki için ise 2.0Lw* : birim kesit alanı başına kütlesel akış hızı, kg/ m2sVw* : birim kesit alanı başına kütlesel gaz akış hızı, kg /m2saw : birim hacim başına dolgunun etkin arayüzey alanı, m2/ m3a : birim hacim başına dolgunun gerçek alanı, m2/ m3dp : dolgu boyutu, mσc : aşağıda verilen özel dolgu maddeleri için kritik yüzey gerilimi
35
Madde σc mN/m
Seramik 61Metal 75Plastik 33Karbon 56σL : sıvı yüzey gerilimi, mN/mkG : gaz film kütle transfer katsayısı, kmol/m2 s atm ya da kmol/m2 skL : sıvı film kütle transfer katsayısı, kmol/m2 s (kmol/m3 s) = m/skG‘ nin birimi gaz sabitine bağlıdır;R = 0.08206 atm m3 kmol K ya da 0.08314 bar m3 kmol K
Film transfer birimleri yüksekliği aşağıdaki gibidir;
mG
G w
mL
L w t
GH
k a P
LH
k a C
=
=
36
Burada;
P : Kolon işletme basıncı, atm ya da bar
Ct : Toplam derişim, kmol/m3 = /çözücü molekül ağırlığı
Gm : birim alan başına molar gaz akış hızı, kmol/m2s
Lm : birim alan başına molar sıvı akış hızı, kmol/m2s
Lρ
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 : 15-50Destilasyon : 40-80
Seçilen basınç düşmesinde kolon kesit alanı ve çapı, Şekil 11.44’de verilen
37
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
* 2 0.1
4
42.9( ) ( )
( )
w p L L
v L v
V FK
µ ρ
ρ ρ ρ=
−
Burada;Vw* : gaz kütle akış hızı, kg/m2sFp : dolgu faktörü, dolgu tipi ve
boyutunun karakteristiği(Tablo 11.2)µL : sıvı viskozitesi, Ns/m2
ρL.ρV : sıvı ve buhar yoğunlukları, kg /m3
Örnek
1.5 in’lik seramik Intalox eğerleri ile doldurulmuş birabsorpsiyon kolonunda hava içindeki SO2, su ileabsorplanacaktır. Daha sonra saf SO2 bir sıyırıcıdaçözücüden uzaklaştırılacaktır. Öncelikle absorpsiyon kolontasarımı yapılacaktır. Kolona beslenen gaz karışımı 5000kg/h akış hızında olup hacimce %8 SO2 içermektedir. Gazdaha sonra 20 oC’ye soğutulacaktır. Giren gaz akımıiçerisindeki SO ’nin %95’nin geri kazanılması
38
içerisindeki SO2’nin %95’nin geri kazanılmasıistenilmektedir. Buna göre,
a) Transfer birimleri sayısı, NOY
b) Kolon Çapı, DP
c) Aktarım birimleri yüksekliği, HOG
d) Kolon yüksekliği Z’yi bulunuz.
Çözüm:
SO2’nin sudaki çözünürlüğü yüksek olduğundan, atmosferikbasınçtaki işletim yeterli olacaktır. Çözücü giriş sıcaklığı 20oCalınabilir. Çözünürlük verileri (Perry);
% w/ w
çözünen 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,5 0,7 1,0 1,5
SO2 kısmi
39
SO2 kısmi
basıncı
gaz mm Hg 1,2 3,2 5,8 8,5 14,1 26 39 59 92
8760 60.8
100x mmHg=Beslemedeki SO2’nin kısmi basıncı :
%95 lik geri kazanım için çıkış gazındaki kısmi basınç =
60.8 x 0.05 = 3.06 mm Hg
Moleküler Ağırlık: SO2: 64H2O: 18, hava: 29
giriş
a) Transfer birimleri sayısının (NOG) bulunması
40
∫ −=
1
2
p
p e
OGpp
dpN
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= 20
41
3.04
m
m
Gm
L0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
NOG 3,7 4,1 6,3 8 10,8 19
m
m
Gm
LOptimum 0.6 -0.8 arasında gözükmektedir.
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)
(0.08 0.95) (0.076)m mG Gm
x x= =
43
1 (0.08 0.95) (0.076)29.0
m m
m m
G Gmx x
L L= =
0.6m mmG L =3
1 1.57 10x x−=‘de
mol kesri,
0.8m mmG L = ‘de 3
1 2.17 10x x−= mol kesri,
0.8 kullanılarak, aborpsiyonda önemli bir kademe sayısınıartırmaksızın, daha yüksek derişim elde edilir. Dolayısıyla;NOG=8
Denge doğrusununu eğimi
Gaz akış hızı = = 1.39 kg/s = = 0.048 kmol/s5000
3600
1.39
29
Sıvı akış hızı = kmol/s = 31.3 kg/s29.0
0.048 1.740.8
x =
Dolgu maddesi olarak 38 mm (1.5 in) seramik Intalox eğeri seçilirse;
Tablo 11.2’den Fp = 170 m-1 (dolgu faktörü)
329 273=
b) Kolon çapının bulunması, DP
44
20 0C deki gaz yoğunluğu = 329 273
1.21 /22.4 293
x kg m=
Sıvı Yoğunluğu ~= 1000 kg/m3
Sıvı Viskozitesi ~= 10-3 N.s m2
*
* 3
31.3 1.210.78
1.39 10
w v
w L
L
G
ρ
ρ= = Şekil 11.44’ün absisi
Şekil 11.44’ ten;
K4 = 0.35
20 mmH2O/m dolgu basınç düşmesi tasarımıiçin
45
Taşmada;K4 = 0.8
Taşma yüzdesi =
0.35100 66
0.8x =
Yüzde taşma = (Tasarlanan basınç düşmesindeki K4/Taşmadaki K4)0.5
Eşitlik 11.118 den;1.2
* 4
0.1
( )
42.9 ( )
v L vw
p L L
KV
F
ρ ρ ρ
µ ρ
−=
=1.2
2
3 3 0.1
0.35 1.21(1000 1.21)0.87 / .
42.9 52(10 .10 )
xkg m s
x −
−=
Gerekli kolon alanı = 21.391.6
0.87m=
Çap = yaklaşık 1.50 m alınabilir.4
1.6 1.43x mπ
=
Kolon alanı = 2 21.5 1.77x mπ
=
Kolonun kesit alanı başına
gaz kütlesel akış hızı
46
Kolon alanı = 2 21.5 1.774
x mπ
=
Kolon çapına karşı dolgu boyutu oranı=1.5/38x10-3=39
Daha geniş dolgu boyutu göz önünde bulundurulmalıdırveya kolon çapı küçültülmelidir.
Seçilen çapta % taşma=66(1.6/1.77)=60
c) HOG Tahmini
DL = 1.7x10-9 m2.sDV = 1.45x 10-5 m2/sµr = 0.018x10-3 N.s/m2
(Sc)v =
3
5
0.018 101.04
1.21 1.45 10
x
x x
−
−=
(Sc)L = 3
9
10588
1000 1.7 10x x
−
−=
* 31.317.6
1.77wL = = Kg/s m2
Şekil 11.41 den %53 taşmada, K3 = 0.95
Cornell’s metodu :
47
Şekil 11.42 den %53 taşmada, φh = 80
Şekil 11.43 den Lw* = 17.6 da θh = 0.1
HL = 0.15
0.5 80.305x0.1(588) x0.95 0.8
3.05m
=
Su sıcaklığı 20 0C alınmıştır ve çözücü sıvı sudur.
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.
f1 = f2 = f3 = 10.33
0.5
0.5
80.011x80(1.04) (2.3)
3.05 0.7(17.6)
m
=
HG =
GLOL
LGOG
HmV
LHH
HL
mVHH
+=
+=
48
HOG = 0.7 + 0.8 x 0.8 = 1.3 m
Z = HOG NOG
Z = 1.3 x 8 Z = 10.4 m
GLOLmV
d) Kolon yüksekliği Z’nin bulunması
Tahmin edilen değere yakın.
top related