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.