reaktÖr tasarimi

1. LİTERATÜR TARAMA

1.1. BENZENİN TANIMI VE ÖZELLİKLERİ

Aromatik bileşiklerin en basiti benzendir. Ayrıca bilinen en eski organik bileşiklerden

biridir. Benzenin nicel element analizi, % 92,3 C ve % 7,7 H olup bileşim formülü ‘’CH’’ dir.

Buhar yoğunluğuna göre tayin edilen molekül ağırlığı 78 g/ mol’dür. Buna göre kapalı

molekül formülü C6H6 olur. Bu kapalı formüle, düz zincirli ve halkalı olmak üzere birçok

açık molekül formüllü karşılık gelebilir. Halkalı olan iki yapı formülünü aşağıda verilmiştir.

Bunlardan biri Kekule öteki Dewar formülüdür.

Şekil 1.1.1. Benzen Molekülünün Birbirinden Farklı İki Yapısal Formülü

Genelde Kekule formülü benimsenmiştir. Halkalı bileşiklerde genellikle halkadaki C

atomu ve buna bağlı olan H atomu yazılmayıp geometrik şekillerle gösterme geleneği vardır.

Buna göre benzenin Kekule formülü aşağıdaki şekilde gösterilir.

Şekil 1.1.2. Kekule Formülünün Geometrik Gösterimi

1

Benzen; berrak, oda sıcaklığında renksiz, aromatik yapıda hoş kokulu bir sıvıdır. Son

derece yanıcıdır. İyi bir organik çözücüdür. Kan hücrelerini öldürme etkisi olduğundan

kanser yapan bileşikler arasına girer. Alkol, kloroform, eter, aseton, karbon tetra klorür,

glasiyal asetik asit ve yağlara karışır. Organik çözücülerin çoğunda çözünür. Suda

çözünürlüğü çok düşüktür. Buharları dumanlı bir alev çıkartarak yanar. Benzen, benzol,

siklohekzatrin, fenilhidrit, kömür katranı naftası olarak da adlandırılır.[1]

Çizelge 1.1.1. Benzenin Genel Özellikleri

ÖZELLİKLER BİRİM DEĞERİ

MOLEKÜL AĞIRLIĞI 78,11 g /mol

ÖZGÜL AĞIRLIĞI (200C) 0,879 g / L

KAYNAMA NOKTASI 80,1 0C

DONMA NOKTASI 5,5 0C

VİSKOZİTESİ (200C) 0,654 mPa.S

ALEVLENME NOKTASI (Kapalı Kap) -11 0C

KENDİLİĞİNDEN TUTUŞMA NOKTASI 595 0C

Benzenin yapısının kimyasal reaksiyonlara ne şekilde bir tepki gösterdiği üzerine

yapılan çalışmaların organik kimya teorilerinin gelişmesinde önemi büyük olmuştur. Hidrojen

atomlarının karbon atomlarına oranının böyle düşük olduğu bir bileşikten umulan katılma

reaksiyonları benzende olmaz. Benzenin gösterdiği tipik reaksiyonlardan biri, substitüsyon

(yer değiştirme) reaksiyonlarıdır. Bu reaksiyon bir aktif grubun benzendeki bir hidrojeni

çıkarıp onun yerine geçmesi şeklinde gerçekleşir. Bu davranışı açıklamak altı elektronun

(benzende varmış gibi gösterilen 3 tane çifte bağdan ileri gelen) belli karbonlarda değil bütün

benzen karbonlarına dağılmış olduğunu düşünmekle mümkün olur. Elektronların böyle

dağılmış olması (belli karbonlarda olmaması) molekülün kararlı olmasını sağlar.

2

Benzen, büyük ölçüde stiren üretimi için ayrıca etilbenzen, kümen, siklohegzan, lineer

alkil benzen sülfonik asit (LABSA), nitrobenzen ve maleik anhidriti gibi önemli kimyasal

maddelerin üretiminde kullanılır. Ayrıca çözücü olarak kullanımı da vardır.

1.1.1. Benzenin Homologları ve Benzen Halkasında Sübstitüentler*

Benzen halkasına düz veya dallanmış bir hidrokarbon kökü

bağlanmışsa buna ‘’yan zincir’’ denir.Benzen halkasına bir takım yan

zincirler bağlanarak benzenin homologları meydana gelir. Bunların genel

formülü n=6’dan başlamak üzere CnH2n-6 şeklindedir. n= 6 için C6H6

bulunur, bu benzendir. Homolog sıranın bundan sonraki üyesi n=7 için

C7H8 metil benzen veya özel ve en çok kullanılan adı toluendir. Şekil 1.1.1.3. Toluenin

Yapısal Formülü n=8 için C8H10 olup 4 farklı izotopu vardır.

Şekil 1.1.1.4. Etil Benzen ve İzotopları

n= 9 için C9H11, 8 izomeri vardır. Aromatik halkaya bağlı doymamış gruplar da

bulunabilir. Örneğin vinil grubunun bağlanmasıyla özel adı “stiren” olan vinil benzen,

asetilen grubunu bağlanmasıyla fenil asetilen meydana gelir. [2]

Şekil 1.1.1.5. Vinil Benzen ve Fenil Asetilen

• Sübstitüent; Molekülün asıl bileşimde bulunan atomun yerini alan başka atom.

3

1.2. TOLUENİN TANIMI VE ÖZELLİKLERİ

Çok polar olmasa da bir çok organik madde için çok iyi bir çözücüdür. Ama tepkime

sonrası ortamdan uzaklaştırılması biraz zor olmaktadır.Benzen'in aksine kanserojen olmaması,

sanayide de çözücü olarak daha çok tercih edilmesine olanak sağlar. Kuvvetli oksitleyicilerle

ve kuvvetli asitlerle şiddetli reaksiyona girer. Üzerindeki metil gurubu tolueni benzene göre

25 kat daha reaktif yapar. Endüstriyel üretimi fosil yakıt kaynaklarından olduğu için nispeten

ucuz olarak büyük miktarlarda üretilebilir. Dünyanın yıllık toplam toluen üretimi yaklaşık 12

milyon tondur.

Toluen eldesinin esas (ilk) kaynağı olan fırın gazından toluen eldesinin yerini,

gazyağının katalitik bozunması ve buhar ayrımı (destilasyon )sayesinde sıvı (ham) maddelerin

piroliz benzinden eldesi almıştır. Piroliz benzin, sıvı hidrokarbonların (gazyağı ve petrol

benzeri) buhar ayarımı yolu ile ayrılmasından elde edilir. Bu yöntemin tercihi hızla artan bir

grafik göstermektedir. Tolueni elde edebilmek için bu ayrılmış likit hidrokarbonlar stabil

olamamaları sebebiyle, aromatiklerin çekip ayrılmasından mutlaka önce, hidrojene

edilmelidirler. Katalitik bozunma yoluyla toluen eldesinde, aromatik yönden zengin bir

hidrokarbon karışımı, 17 bar ile 21 bar arası basınç; 530 °C sıcaklık altında dehidrojenasyon

katalizöründen geçirilir. Fraksiyon yolu ile hafif (kolay uçucu) hidrokarbon gazlarının

uzaklaştırılması ardından, aromatiklik yönünden daha da zengin bir distilat elde edilir.

Katalitik Bozunma sonucu elde edilen hidrokarbonlar açısından zengin karşım

maddelerin ayrılması için destile edilir. Toluen, bu destilatın azeotropik destilasyondan ya da

daha çok kullanılmakta olan (yine bu maddeden) çözücü ekstraksiyonu ile elde edilebilir.

Benzen (%99 saflıkta) Toluen (%95 saflıkta) elde edilir.

Cyclar denilen ve BP ile UOP tarafından kullanılmakta olan yeni bir proses ise kısaca;

Lpg'lerdeki propan ve bütanları aromatiklere dönüştürmeyi ifade eder. Şimdiye dek bu amaçlı

kurulan tek fabrika Suudi Arabistanda kurulmuştur. Çok az miktar da olsa toluen, hala

taşkömürü karbonizasyonu yöntemiyle, hafif yağ formunda üretilmekteyken, bazı ufak

miktarlar ise stiren üretiminde yan ürün olarak geri kazanılmaktadır.

4

Çizelge 1.2.2. Toluenin Genel Özellikleri

ÖZELLİKLER BİRİM DEĞERİ

MOLEKÜL AĞIRLIĞI 92,14 g / mol

FİZİKSEL GÖRÜNÜŞ Berrak , Tortusuz

KAYNAMA NOKTASI 110,6 - 111,6 0C

YOĞUNLUK 0,86 - 0,87 g / ml

SUDA ÇÖZÜNÜRLÜK Çözünmez (200C'de 1 g / 100 ml)

KENDİLİĞİNDEN TUTUŞMA 536 0C

1.3. BENZENİN TOLUEN KULLANARAK ELDE EDİLME PROSESİ

Üretim yöntemleri;

• Toluenin hidrodealkilasyonu ile,

• Toluenin disproporsiyonu ile,

• Etilen üretiminde yan ürün olarak,

• Petrol rafinerilerinde katalitik reforming operasyon ile,

• Kömürün karbonizasyonu 'dur.

1.3.1. Toluenin Hidrodealkilasyonu

HDA bir benzen üretme prosesidir.Toluen ve hidrojen;benzen ve metan üretimi için

katalizör ile donatılmış reaktörler içerisinde dönüştürülür.

Toluenin hidrodealkilasyon reaksiyonu hidrojenle metil grubunun benzenden

ayrılması olup toluenin 550-800 0C ve 30-100 bar basınç altında veya katalizör

mevcudiyetinde (Cr2O3 , Mo2O3 veya CoO / Al2O3 ) 500-650 0C'de veya 400-480 0C'de

(Rh/Al2O3) pirolizi ile gerçekleşir.Yüksek sıcaklıktan dolayı iki reaktör kullanılarak birinde

reaksiyon gerçekleştirilirken diğerinde katalizör rejenere edilir.

5

Toluen Benzen

Şekil 1.3.1.5. Toluenden Benzen Eldesi

Teşekkül eden metandan yararlanmak için düşük sıcaklıkta metan H2 ayrılır ve H2O ile

parçalanarak H2 üretilir ve bu H2 tekrar kullanılır. Dealkilasyon sonucu elde edilen reaksiyon

karışımından ise benzen destilasyonla ayrılır. Bifenil ve floren gibi aromatlar yan ürün olarak

teşekkül eder. Bunlar ya ayrılır ya da benzene dönüştürülür. Gulf, Arco ve Mitsubishi

Petrochemical termal prosesi kullanırken ; Shell, BASF, VOP, Detol ve Pyrotol katalitik

prosesi kullanılmaktadır.[3]

Bifenil Difenil Floren

Şekil 1.3.1.6. Bifenil, Difenil ve Florenin Geometrik Gösterimi

Toluenden hidrodealkilasyon ile benzen üretmek için meydana gelen başlıca

reaksiyonlar şunlardır;

Toluen + H2 Benzen + CH4 (3.1 - 1)

2 Benzen Difenil + H2 (3.1 - 2)

Reaksiyonlar homojen reaksiyonlar olup, 1150 F (bu ısının altında reaksiyon çok

yavaştır) ve 1300 F (bu ısının üzerinde koklaşma olur) arasında 500 psia'lık bir basınçta

gerçekleştirilir. 5/1 oranında fazla H2 kullanılır (koklaşmayı önlemek için) ve reaktör çıkış

gazları hızla 1150 F'a indirilir ki ısı değiştiricilerde koklaşma olmasın.

Tipik olarak reaksiyonda %90 dönüşüme ulaşılır.Reaksiyon oldukça egzotermik ve

homojendir.Çalışma koşulları 500oC ve 600oC arasında ve 20-60 bar arasındadır.

6

+ H2

- CH4

-30 kcal / mol

HDA prosesi taze toluen karışımı ile reaksiyona girmemiş toluenin karışmasıyla

başlar,karışma işlemi bir tankta gerçekleşir.Toluen;sonra hidrojen karışımı ve taze hidrojen

gaz akışı ile karıştırılmak için pompalanır.Bu hidrojen ve toluen karışımı ön ısıtmaya tabi

tutulur.Daha sonra fırın içerisinde tepkime sıcaklığına ısıtılır.Şu reaksiyon gerçekleşir;

C7H8 + H2 C6H6 + CH4

Bu reaksiyon geri dönüşü olmayan bir reaksiyondur ve katalizör gerektirir.

Katalizör;silika ya da alümina üzerinde krom ve molibden oksitler,platin ya da platin oksitten

oluşur.Tersinir olan şu yan tepkime de görülmektedir;

2 Benzene Diphenyl + H2

Katalitik süreç daha düşük sıcaklıklarda gerçekleşir,ancak sık rejenerasyon gerektirir.

Ürün daha sonra soğutulur,daha sonra reaksiyona girmemiş hidrojen seperatörde

ayrılır,sıkıştırılır ve reeaktöre geri beslenir.Reaktörü terk eden akım hidrojen, toluen, metan,

benzen, toluen ve istenmeyen difenili içerir.Hidrojenin çoğu ve metan aromatiklerden kısmi

yoğuşturucu yardımıyla ayrılıp,gazlar uzaklaştırılır.Ayrılma ürünleri toluen akımından ayrılır

ve geri beslemek için bir distilasyon kolonuna girmeden önce ısıtılır.Bu işlem daha yüksek

dönüşüm sağlamak için yapılır.[4]

Isıtma ihtiyacı düşük,yüksek ve orta basınçı buhar ile soğutma ihtiyacı ile soğutma

suyu ile sağlanır.

Muhtemel bir akış diyagramları aşağıda gösterilmiştir.Toluen ve hidrojen akımları

ısıtılıp , geri döndürülen hidrojen ve toluenle birleştirilip reaktörü beslemektedir. Reaktörü

terk eden akım hidrojen, toluen , metan, benzen ve istenmeyen difenil'i içermektedir.

Hidrojenin çoğunu ve metanı aromatiklerden kısmi yoğuşturucu yardımıyla ayırıp, gazları

uzaklaştırırız. Bu ayırma kabını terk eden sıvı sıcak reaktör gazlarını soğutmak için kullanılır

(diyagramda gösterilmemiştir). Flaş kabını terk eden hidrojeni geri döndürmek isteriz fakat

(3.1 - 1) reaksiyonu ile üretilen metan hidrojenle birlikte safsızlık olarak gaz fazına geçer ve

geri döndürme prosesinde döngü içinde birikir. Bundan dolayı , gaz atık akımı önemlidir ve

böylece bu birikmeyi zaman zaman atarak konsantrasyonunu kontrol edebiliriz. Gaz geri-

dönüş döngüsündeki optimum metan konsantrasyonunu tahmin etmek için hiç bir kestirme

metot yoktur. Bu tasarım değişkenini daha sonra ayrıntılı olarak inceleyeceğiz.

7

Flaş tankında ayrışan hidrojenin ve metanın tamamı aromatiklerden ayrılamaz ve

bundan dolayı kalan miktarın çoğunu distilasyon kolonunda (stabilizer ; hafif bileşenleri

uzaklaştırmak için kullanılır) ayırırız. Benzen daha sonra ikinci distilasyon kolonundan ayrılır

ve nihayet geri döndürülen istenmeyen difenil'den ayrılır. Başka alternatif akış diyagramları

çizilebilir, ancak bunları ilerleyen derslerde göreceğiz.

Enerji Entegrasyonu

Aşağıdaki şekilde gösterilen akış diyagramı pek gerçekçi ve ekonomik değildir, çünkü

her proses akımı için ısıtma ve soğutma gereksinimlerinin ayrı ayrı ısı değiştiricilerde

gerçekleştirildiğini görmekteyiz. Son yıllarda bir proses için gerekli minimum ısıtma ve

soğutma yükünü ve en iyi enerji entegrasyonunu veren ısı değiştirici ağını bulmaya imkan

veren yeni tasarım süreçleri geliştirilmiştir.

Şekil 1.3.1.7. HDA Prosesi (J.M.Douglas, AlChE J, 33:353 )

Bu yeni tasarım süreçlerini uygulamak için her bir proses akımının giriş ve çıkış

ısılarını , her bir proses akımının bileşimi ve akış hızını bilmek zorundayız. Böyle bir enerji

entegrasyonundan ortaya çıkan alternatif bir akış diyagramı ise Şekil 3.4'te gösterilmiştir.

8

Şekil 1.3.1.8. Toluenin hidrodealkilasyonu; maksimum enerji geri kazanımı gösteren akış

diyagramı

Bu çözüm D.W.Townsend (Imperial Chemical Industries, Runcorn, UK) tarafından

geliştirilmiştir.

Reaktör ürün akımının reaktör besleme akımını kısmen ön ısıtmak için kullanıldığı

görülmektedir.Sıcak reaktör gazları toluen geri-dönüş kolonunun kaynatıcısını çalıştırmak

için, besleme akımını biraz daha ön ısıtmak, stabilizer kolonunun kaynatıcısını çalıştırmak ,

benzen ürün kolonunun kaynatıcı ısı yükünün bir kısmını sağlamak ve son olarak da gazlar

kısmi yoğuşturucuya girmeden önce besleme akımını biraz daha ön ısıtmak için

kullanılmaktadır. İlaveten toluen kolonu da basınç altında çalıştırılmakta, böylece toluenin

yoğunlaşma ısısının benzen kolonundaki dip akımının kaynama noktasından daha yüksek

olması sağlanmıştır. Bu düzenlemeyle ,yoğunlaşan toluen , buhar ve soğutma suyu gibi dış

kaynaklar kullanmak yerine benzen kaynatıcı yükünün bir kısmını sağlamak için

kullanılabilir.

Enerji-bütünleşik akış diyagramı ve sadece ısıtma-soğutma ihtiyaçlarını gösteren akış

diyagramını karşılaştırırsak eğer, enerji entegrasyonunun akış şemasını daha karmaşık

yaptığını görürüz (daha fazla ara bağlantıların varlığı açıkça görülmektedir). Enerji

entegrasyon sistemini tasarlamadan önce hemen hemen tüm akış diyagramını sabitleştirmek

9

zorundayız. Çünkü enerji entegrasyonu proses akış diyagramına daha büyük karışıklıklar

ekler. Bu sebeple de, enerji entegrasyonunu proses tasarım sürecimizin son adımı olarak kabul

edeceğiz.

Şekil 1.3.1.9.Alternatif Distilasyon Zinciri

Şekil 1.3.1.10. Alternatif Farklı Bir Distilasyon Zinciri

Distilasyon Zinciri

Gösterilen distilasyon kolonları zincirini göz önüne alalım. İstenmeyen yan ürün

difenil (3.1-2) eşitliği ile oluştuğundan, difenili toluenle birlikte geri döndürebiliriz ve böylece

kimyasal bir dengenin oluşmasına izin veririz.

Bu alternatif tasarım distilasyon kolonlarından birini kaldırmamıza izin verse de

reaktörden geçen akış hızını artırmaktadır. Eğer difenili şekildeki gibi ayırmaya karar verirsek

10

toluen-difenil ayrımının çok daha kolay olmasını bekleriz.Benzen - toluen - difenil

ayrımınıyapmak için yan akımlı bir kolon kullanabiliriz.Bir başka deyişle benzeni tepeden,

tolueni besleme akımının üzerindeki yan akımdan , difenili de dip akımı olarak alabiliriz.

Tolueni beslemenin hemen altındaki yan çıkıştan alarak da çok saf benzeni tepeden

alabiliriz. Eğer toluen tepe ürününden ziyade yan çıkıştan geri kazanılırsa toluen geri-dönüş

akımının saflığı azalacaktır. Geri döndürülen toluen için hiç bir sınırlama olmadığından saflık

o kadar önemli olmayabilir ve böyle bir tasarım gelecek kazançlarda önemli bir miktar teşkil

edebilir. Benzer şekilde stabilizerdeki metan-benzen ayrımının kolay olacağını bekleyebiliriz,

o zaman (benzenin yan çıkıştan geri kazanıldığı) H2 ve CH4-bezen-toluen ve toluen-difenil

ayrımı (pastörizasyon kolonu) yukarıda gösterilen orjinal akış diyagramından daha ucuza mal

olabilir.

Buhar Geri Kazanım Sistemi

Geri dönüp flash tankını terk eden buhar akışını göz önüne alırsak, flash tankında

keskin ayırımların gerçekleşmediğini biliyoruz ve bundan dolayı aromatiklerin bazıları flash

buharı ile flash tankından gaz fazında çıkıp gidecektir.İlaveten bu aromatiklerin bazıları gaz

atık akımında kaybolacaktır.Şüphesiz bu kaçak aromatikleri ya da flash tankı buhar çıkışında

ya da gaz atık akımının üzerinde bir buhar geri kazanım sistemiyle geri kazanabiliriz.Buhar

geri kazanım sistemi olarak da aşağıdakilerden birini kullanabiliriz;

• Yoğuşturma (Yüksek basınç veya düşük ısı veya her ikisi)

• Absorbsiyon

• Adsorbsiyon

• Membran Prosesi

Bir buhar geri kazanım sisteminin ekonomik olup olmadığını tahmin etmek için gaz

atık akımındaki hidrojen ve metan akışıyla birlikte atık akımında kaybolan aromatiklerin akış

hızlarını tahmin etmeliyiz.Böylece bir buhar sisteminde akış diyagramının geri kalanını

tanımlayıp, proses akışlarını tahmin etmek zorundayız.Buhar geri kazanım sistemini sıvı

ayırma sisteminden önce tasarlamayı düşünmeliyiz.Çünkü yukarıda listesi verilen buhar geri

kazanım (gaz absorblayıcısı gibi) sistemlerinden çıkan çıkış akımları sıvı ayırma sistemlerine

gönderilmesi gereken sıvı akımlarını da içerirler.

11

Şekil 1.3.1.11.HDA Ayırma Sistemi

Ayırma Sistemleri İçin Basitleştirilmiş Akış Diyagramı

Amaçlarımızdan biri de akış diyagramını basitleştirmektir. Şekil 3.3'ün Şekil 3.4'ten

daha basit olduğu görülür.Bundan dolayı enerji entegrasyonunu son adım olarak kabul ettik.

Benzer şekilde buhar ve sıvı geri kazanım sistemlerini tasarlamak için proses akış hızlarını

bilmemiz gerektiğinden tasarımın bu kısmını enerji entegrasyonundan önce yaparız.

Şekil 1.3.1.11'deki akış diyagramı hem gaz ve sıvı geri döndürme döngüleri

içerdiğinden, fakat bazı prosesler herhangi bir gaz bileşenler içermediğinden neticelerin genel

kapsamlı olmasını bekleyemeyiz. Bu akış diyagramını buhar ve sıvı ayırma sistemini tek bir

kutuda göstererek daha da basitleştirebiliriz. Bundan dolayı ayırma sistemlerinin genel

yapısını buhar veya sıvı geri kazanım sistemlerinin yapısını tanımlamadan önce tanımlarız.

Akış Diyagramının Geri-Dönüş Yapısı

Şekil 1.3.1.11'de proses için basit bir akış diyagramı elde ettik. Bu basit gösterim

şeklini geri-döndürülecek akımları bu akımların reaktöre ek maliyetlerini ve gaz geri-

döndürme kompresörlerinin maliyetini hesaplamakta kullanabiliriz. Ayrıca bu diyagramı

12

ilave karmaşıklıklar hakkında endişelenmeden, hangi tasarım sorularının bu basit gösterimli

akış diyagramı elde etmek için önemli olduğunu anlamak için kullanırız. Mesela kaç tane geri

döngü akımı olacağını, reaktördeki ısı etkilerini, reaktördeki kimyasal denge sınırlandırmaları

ve diğer faktörleri bu diyagram üzerinde inceleriz. Böylece ayrıntıları ayırıp uzaklaştırmaya

devam edersek, ayırma sisteminin ayrıntılarından önce akış diyagramının geri döngü yapısını

incelemek istediğimizi fark ederiz.

Şekil 1.3.1.12. HDA Geri Döngü Yapısı

Şekil 1.3.1.13. HDA Girdi - Çıktı Yapısı

Akış Diyagramının Girdi - Çıktı Yapısı

Şekil 1.3.1.13.de gösteriminin çok basit olduğu düşünülebilir, fakat bu gösterim hiç bir

karmaşıklık eklemeden tüm madde dengesini etkileyen tasarım değişkenlerini anlamamıza

yardımcı olur. Hammadde maliyetinin normal olarak toplam ürün maliyetinde %33 ile %85

13

arasında bir katkıya sahip olduğu düşünülürse tüm madde dengesinin tasarımında etkin bir

faktör olduğu görülür.Şunu da hatırlatalım hammaddeden daha az kıymete sahip ürün ve yan

ürünlerin tasarım değişkenlerini inceleyerek vaktimizi harcamak istemeyiz. Bundan dolayı,

herhangi bir geri- döndürme sistemini incelemeden önce bu yapıyı etkileyen kararları ve akış

diyagramının girdi- çıktı yapısını göz önüne alırız.

Muhtemel Sınırlandırmalar

Bir akış diyagramını basitleştirerek tasarım problemlerini çözmek için genel bir süreç

geliştirmiş bulunmaktayız. Orjinal akış diyagramımız sürekli bir prosesi tek bir ürün içeren

buhar-sıvı prosesini ve sadece basit kimyasal maddeleri içermektedir. Bu sınırlandırmaları

tatmin eden birçok proses vardır ve bundan dolayı daha geniş kapsamlı bir tasarım süreci

geliştirmeye çalışacağız.

Kesikli prosesler bir açıdan farklı bir altyapıya sahiptir ve kesinlikle matematiksel

model açısından da farklıdır. Bundan dolayı ilk karar kesikli veya sürekli bir proses mi

olacağı konusunda olmalıdır. [5]

Şekil 1.3.1.14. HDA Prosesinde Kullanılan Üniteler

Çalışma Sırasındaki Kısıtlar:

Üretim hızı: Dben ≥ 265 lbmol / h.

Reaktör girişindeki Hidrojen fazlalığı: Fhyd / (Fben + Ftol + Fdiph) ≥ 5.

Reaktör giriş basıncı: Preactor, ≤ 500 psia içinde.

14

Reaktör giriş sıcaklığı: Treactor, ≥ 1150 ° C.

Reaktör çıkış sıcaklığı: Treactor, ≤ 1300 ° F. üzerinden

Quencher çıkış sıcaklığı: Tquencher, ≤ 1150 dereceye F. üzerinden

Ürün saflık: xDben ≥ 0,9997.

Ayırıcı giriş sıcaklığı: 95 ° F ≤ Tseparator ≤ 105 ° C.

Kompresör gücü: WS ≤ 545 hp

Fırın ısı görevi: Qfur ≤ 24 MBtu

Soğutucu ısı görevi: Qcool ≤ 33 MBtu

+ Damıtma ısı görevleri (kondansatörler ve reboilers)

Kestirme Çözümler

Eğer tüm ihtimaller göz önüne alınırsa bu proses için çok sayıda alternatif üretmek

mümkündür.Bu nedenle dikkate almak zorunda olduğumuz alternatiflerin sayısını hızla

azaltmak oldukça önemlidir. Proses madde dengelerini, ekipman tasarım hesaplamalarını ve

maliyet analizlerini basitleştirmek için normal olarak mertebe seviyesinde argümanlar

kullanırız. Çözümleme yaparken sistematik olarak planlama yapmamız gerekmektedir.

2.REAKTÖR SEÇİMİ

2.1.REAKSİYON KİNETİĞİ

Termodinamik olarak belirli bir yöne doğru kendiliğinden yürümesi gereken bir

kimyasal tepkime, bulunduğu koşullardaki hızının çok yavaş olması nedeniyle yürümüyor

görülebilir. Başlangıçtan denge konumuna ulaşılana dek geçen süre içinde bir kimyasal

tepkimenin hızı, bu hızın hangi niceliklere nasıl bağlı olduğu, hızın değiştirilmesi için

yapılması gereken işlemler ve tepkimenin izlediği yol kimyasal kinetik içinde incelenir. Bu

inceleme, fiziksel ve kimyasal yöntemlerin birlikte uygulanmasıyla yapıldığından tepkime

kinetiği de denilen kimyasal kinetik fizikokimyanın bir dalıdır. Bir tepkimenin nereye gittiği

kimyasal termodinamik, hangi hızla oraya gittiği ise kimyasal kinetik içinde incelenir.

Yapılan araştırmalar, bazı tepkimelerin bir basamak, bazılarının ise iki ya da daha çok

basamak üzerinden yürüdüğünü ortaya çıkarmıştır. Bir basamaklı olanlara basit tepkime, çok

basamaklı olanlara ise basamaklı tepkime, karmaşık tepkime yada kompleks tepkime adı

verilmiştir.

15

Basit tepkimeler bir yönlü ya da iki yönlü olabildiği gibi karmaşık tepkimelerin

basamaklarından bazıları iki yönlü diğerleri ise bir yönlü olabilmektedir. Bir yönlü olan

tepkimeye tersinmez tepkime, iki yönlü olan tepkimeye ise tersinir tepkime denir. Tersinmez

tepkimeler tümüyle tamamlandığı halde tersinir tepkimeler ancak bir denge konumuna

ulaşılana kadar yürümektedir.

Toplam tepkimenin hızını hız belirleyen basamak adı verilen en yavaş basamağın hızı

kontrol etmektedir. Başka bir deyişle, bir zincir nasıl en zayıf halkası kadar sağlam ise bir

karmaşık tepkime de en yavaş basamağı kadar hızlıdır. Basamak tepkimeleri ve hız belirleyen

basamak, deneyler yardımıyla belirlenerek bir karmaşık tepkimenin yürüdüğü yol anlamına

gelen tepkime mekanizması ile aydınlatılır.

Gaz ya da sıvı karışımlar gibi bir faz içinde yürüyen kimyasal olaylara homojen

tepkime, iki ya da daha fazla faz içeren karışımlarda yürüyenlere ise heterojen tepkime denir.

Bazı tepkimeler gibi karmaşık tepkimeler de homojen ya da heterojen nitelikte olabilmektedir.

Bir tepkimenin başlayabilmesi için tepkimeye giren bileşenlerin sahip olmaları

gereken en düşük enerjiye aktivasyon (etkinleşme) enerjisi denir. Aktivasyon enerjisi

tepkimeye giren maddelerin iç enerjisini yükselterek onları daha aktif hale getirmektedir.

Aktivasyon enerjisi verilmedikçe bir tepkime yürüyemez. Aktivasyon enerjisi ancak bir

katalizör kullanılarak düşürülebilir. Bir tepkimenin hızını yükseltmek için uygulanan işleme

kataliz, bu işlem için kullanılan maddelere katalizör adı verilir. Katalizörün tepkime karışımı

ile aynı fazda olduğu işleme homojen kataliz, ayrı fazda olduğu işleme ise heterojen kataliz

denir. Basamak tepkimelerinde yer alabilen bir katalizör toplam tepkimede yer almadığından

tepkime sonunda kimyasal bir değişikliğe uğramadan yeniden ortaya çıkmaktadır. Tepkime

mekanizmasını değiştirerek hızın yükseltilmesine yol açan katalizörler toplam stokiyometrik

tepkimenin termodinamik niceliklerini değiştirmezler. Tersine tepkime hızını düşürme

işlemine inhibasyon, bu işlem için kullanılan maddelere ise inhibitör denir.

Yaklaşık %90’ı katalizörlü olarak tasarlanan endüstriyel kimyasal tepkimelerin

yürütüldüğü aygıtlara kimyasal reaktör adı verilir. Kimyasal reaktör tasarımında büyük ölçüde

kimyasal termodinamik ve kimyasal kinetikten yararlanılır.[6]

2.2. REAKTÖR ÇEŞİTLERİ

Reaktör arzu edilen kimyasal reaksiyonların gerçekleştirildiği ekipmanların genel

adıdır. İçlerinde meydana gelen reaksiyonların tipine göre çeşitli adlar alır.

16

Kimyasal reaktörler hacim , şekil ve operasyon metodu bakımından ikiye ayrılır:

• Kesikli reaktörler (Tam Karıştırmalı Kesikli Reaktör)

• Sürekli reaktörler (Piston Akışlı Reaktör)

Bunlara ilaveten günümüzde kullanılmakta olan ileri reaktörler de (izotermal olmayan

kesikli reaktörler, izotermal kesikli reaktörler, sabit yataklı ( fixed bed ) katalitik reaktörler,

tubular reaktör) mevcuttur.

2.2.1. Tam Karıştırmalı Kesikli Reaktör (TKSR)

Reaksiyona girecek bileşenler reaksiyon başlangıcında reaktöre beslenir. Reaksiyon

süresince reaktöre tekrar bir besleme yapılmaz ve ürün çıkışı gerçekleşmez. Reaksiyon belli

bir süre sonra sona erdirilir ve ürünler ile reaksiyona giren bileşenlerin kalanları reaktörden

alınır. Bu şekilde çalışan reaktör sistemine kesikli reaktör adı verilir. Reaktör kabından belli

aralıklarla örnek alınırsa geçen süreyle birlikte reaktörde gerçekleşen dönüşüm belirlenir.

Eğer reaksiyon süresince belirli aralıklarla besleme yapılırsa veya ürün alınırsa bu şekilde

çalışan reaktör sitemine yarı kesikli reaktör adı verilir.[7]

Tam Karıştırmalı Kesikli Reaktörlerin Avantajları ve Dezavantajları

TKSR'nin Avantajları ;

• Kolay kurulum

• Küçük maliyetler

• Rahat operasyon şartları

Kesikli reaktörlerin en önemli dezavantajları işletim maliyetidir. Reaktörün

doldurulması boşaltılması sırasında ve yeni bir besleme yapılmadan önce temizleme

işlemlerinde geçen zaman kaybı büyük bir işletim maliyeti sorunudur. Ayrıca bir reaksiyon

oluşurken belirli bir sıcaklığa ısıtılması gerekebilir. Reaksiyon tamamlandığında ise ürünün

soğutulması istenebilir. Bunları sağlamak için de ciddi bir enerji ve zamana ihtiyaç duyulur.

Diğer bir dezavantaj da ısı transferinin kontrolünün zorluğu ve ürün kalitesinin devamlılığını

sağlayabilmenin güçlüğüdür. Kimyasal reaksiyon hızı genellikle sıcaklık artışı ile artar.

Reaktanlar arasındaki baskın temaslar da hızı artırır. Mekanik karıştırıcılar kütle iletimini ısı

17

akışı itici gücü ile sağlayarak kap çeperlerinde film direncinin oluşmasını azaltmaya çalışır.

Buna ek olarak karıştırıcılar küçük katı parçacıkların da topaklanmasını önler.[8]

2.2.2. Piston Akışlı Reaktör (PAR)

Endüstride en çok kullanılan reaktör tipidir.Silindir şeklinde bir borudan ibarettir.En

homojen gaz fazlı akış reaktörü borusal akış reaktörüdür.

Piston Akışlı Reaktörlerin Avantajları ve Dezavantajları

• TKSR gibi kararlı bir halde çalışır.

• Bakımı hiçbir parçası hareket etmediği için nispeten kolaydır.

• Akış reaktörlerinin herhangi birisinin birim reaktör hacmi başına en yüksek

dönüşüm oranını sağlar.

• Reaktör içinde sıcaklık kontrolünün zor olmasıdır.

• Tepkime ısı veren tepkime olduğu zaman sıcak noktalar olabilir. [2]

3.REAKTÖR BOYUTLANDIRMA

Toluen + 2 Hidrojen Benzen + Metan

2 Benzen Difenil + 2 Hidrojen

r1 = k1.PT.PH0,5

r2 = k2.PB2- k2

'.PD.PH

k1 = 3,326.106.exp (-50445/RT)

k2 = 3,114.105.exp (-50445/RT)

k2'= 8,833.105.exp (-50445/RT)

Şekil 3.15. Piston Akımlı Reaktör [10]

18

V = Reaktör Hacmi

FAo = Giren Reaktantın Akış Hızı

XA = Dönüşüm

-rA = Reaksiyon Hızı

Sistemde mol denkliği kurulursa;

GİREN - ÇIKAN + DÖNÜŞEN = BİRİKİM

dtdNdVrFF A

V

AAA =+− ∫0

0 . ……………………………………………… ( Denklem 1.1)

Sistem için yatışkın hal kabulü yaparsak Denklem 1.1'de dtdN A

= 0 yazarız. O halde şu

eşitlikler elde edilir ;

FA - FA0 = ∫V

A dVr0

. …………………………………………………( Denklem 1.2)

AA r

dVdF =

………………………………………………….( Denklem 1.3)

Mol denkliğinin diferansiyel ifadesi;

FA0 dVdX

= -rA …………………………………………………( Denklem 1.4)

İntegral olarak ifadesi;

V = ∫ −

X

AA r

dXF0

.0

…………………………………………………..( Denklem 1.5)

19

Amacımız FA0 = besleme akış hızı ve XA = dönüşüm kullanılarak reaktörün hacminin

bulunmasıdır. Difenilin akış hızı bilinmediğinden dolayı bütün akış hızlarını toluen üzerinden

FT0 (toluen besleme hızı) , hT (harcanan toluen) ve FD (difenil akış hızı) cinsinden ifade

ederiz. Ayrıca maksimum benzen üretimi sağlanmalıdır.[9]

Benzen için;

hız = oluşan benzen - harcanan benzen

rB = r1-2r2

rB = k1.PT.PH0,5 + 2.k2

'.PD.PH - 2.k2.PB2

Yazılan benzenin hız ifadesi ortak bir değişken cinsinden ifade edilmelidir. Örneğin

toluenin harcanma miktarı üzerinden ifade edilebilir.

Toluen için ;

0AFV

= ∫ −

TX

T

T

rdx

0 ve -rT = r1

Benzen için ;

Giren benzen + Üretilen Benzen = Çıkan Benzen

FB ( ) + A. ∆ .rB = FB.( ) ∆+

LFF BB

∆−∆+

→∆

)()(lim0

= A.rB

BB rA

ddF .=

VdAr

dF

B

B == .

FB, difenil beslemesi (FD) üzerinden ortak değişken cinsinden yazılır.

Başlangıçta FT0 , FH0 , FM beslemesi yapılmaktadır. Reaksiyona giren toluen akış hızına

hT dersek akış hızları difenil beslemesi cinsinden şu şekilde yazılır ;

20

FT = FT0 - hT

FH = FH0 - 2.hT + 2.FD

FM = FM0 + hT

FB = hT - 2.FD

FD = ?

FD = f (hT) cinsinden yazılamadığı için ;

1

2

rr

rr

T

D

−=

⇒ 1

2

.1

.1

rr

dTdN

V

dTdN

VT

D

−=

⇒ 1

2

rr

dNdN

T

D

−=

⇒ 1

2

rr

dFdF

T

D =

1

2

rr

dFdF

T

D = ⇒

∫∫ =T

T

D

D

F

FT

F

FD dF

rrdF

00

.1

2

⇒ (FD - FD0) = 1

2

rr

.(FT - FT0)

(FD - FD0) = 1

2

rr

.(FT - FT0) ⇒ 1

2

rr

hF

T

D = eşitliği elde edilir.

Besleme hızlarını kısmi basınca çevirmek için Top

i

Top

i

FF

PP =

formülü kullanılır. FD

değeri için bir varsayımda bulunularak işleme başlanır. FD değişkeni içeren diğer akış hızları

da varsayılan FD değeri ile tek tek hesaplanarak , akış hızlarından kısmi basınçlara geçilir.

Bulunan kısmi basınç değerlerinden tepkimenin hız ifadelerinin hesaplanmasında yararlanılır.

Hız ifadelerinin oranı

1

2

rr

bulunur. Bulunan hız ifadelerinin oranı T

D

hF

ile karşılaştırılır.

Burada FD terimi varsayım yaptığımız değer hT ise FT0.xT 'dir. Varsayılan dönüşümlere (xT)

göre hT'ler hesaplanır.Yapılan varsayımlar iyileştirilerek hız ifadeleri oranı mümkün

olduğunca T

D

hF

'ye eşit bulunmaya çalışılır. Farklı sıcaklık ve toplam basınç değerleri için bu

21

işlemler tekrarlanır. 1

2

rr

hF

T

D = eşitliğinin mümkün olduğunca en az hatayla hesaplandığı

şartlarda (sıcaklık ve toplam basınç) farklı dönüşümler için tepkime hızları bulunur.

dönüşüme (x) karşı çizilen r−1

grafiğinin altında kalan alan optimum koşullar için seçilen

piston akımlı reaktörün hacmini verir.

Yapılan hesaplamalar çizelge haline getirilirse;

Çizelge 3.3. 700oC, 25atm ve H/T=4 için yapılan hesaplama sonuçları

FT0 2,416667 Xt h FT FM Fdif enil FB FH FtoplamFH0 9,183333 0,1 0,241667 2,175 0,725 0,000264 0,241138 8,700528 11,84193FM0 0,483333 0,2 0,483333 1,933333 0,966666 0,002149 0,479035 8,220964 11,60215P 25 0,3 0,725 1,691667 1,208333 0,007348 0,710304 7,748029 11,36568T 973,15 0,4 0,966667 1,45 1,45 0,01754 0,931587 7,28508 11,13421R 1,987 0,5 1,208333 1,208333 1,691666 0,034347 1,13964 6,83536 10,90935

0,6 1,45 0,966667 1,933333 0,05923 1,33154 6,401793 10,692560,7 1,691667 0,725 2,175 0,09342 1,504827 5,98684 10,485090,8 1,933333 0,483333 2,416666 0,13795 1,657433 5,592566 10,28795


Ptoluen PH2 Pbenzen Pmetan Pdifenil Ptoplam k1 k2 k2'4,591735 18,36805 0,509078 1,530577 0,000558 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-064,165895 17,71431 1,032213 2,082947 0,004631 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-063,720997 17,0426 1,562388 2,657854 0,016163 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-063,255733 16,35743 2,091722 3,255732 0,039383 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-062,769032 15,664 2,611614 3,876645 0,078709 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-062,260138 14,96786 3,113239 4,520275 0,138484 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-061,728646 14,27466 3,588017 5,185937 0,222745 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-061,174513 13,59009 4,027609 5,872566 0,335222 25 1,56E-05 1,46E-06 4,13E-06

22


r1 r2 r2 / r1 varsayımr2 / r1 hesaplanan% hata rbenzen 1/rB H/T B/D0,000306 3,35E-07 0,001095 0,001093 -0,17812 0,000306 3268,973 4,000243 913,05740,000273 1,21E-06 0,004447 0,004446 -0,0161 0,000272 3681,367 4,252223 222,91080,000239 2,42E-06 0,010116 0,010135 0,190463 0,000237 4226,028 4,580116 96,66630,000205 3,71E-06 0,018117 0,018145 0,153398 0,000201 4970,247 5,024193 53,112120,000171 4,84E-06 0,028392 0,028425 0,115838 0,000166 6034,947 5,656849 33,180580,000136 5,55E-06 0,040823 0,040848 0,0615 0,000131 7661,794 6,622544 22,480840,000102 5,62E-06 0,055259 0,055224 -0,06464 9,6E-05 10414,6 8,25771 16,108196,74E-05 4,81E-06 0,07134 0,071353 0,018771 6,26E-05 15981,52 11,57083 12,01474

Elde edilen verilerden FB ye karşı 1/rB grafiğe geçirilip, eğrinin altında kalan alandan

hacim hesaplandı.

Şekil 3.16. FB ye karşı 1/rB grafiği

Buradan hesaplanan hacim, V=8,7m3 tür.

4. YAZILIM KULLANIMI

Yazılım için VB ve CHEMCAD programları kullanıldı. VB programı yazılımı

aşağıdaki gibidir. CHEMCAD programı ise maliyet hesaplama kısmında verilmiştir.

Private Sub Form_Load()

Dim FT0 As Double

23

Dim FH0 As Double

Dim FM0 As Double

Dim P As Double

Dim T As Double

Dim Xt As Double

Dim h As Double

Dim FT As Double

Dim FH As Double

Dim FM As Double

Dim FD As Double

Dim FB As Double

Dim HToranı As Double

Dim Ftoplam As Double

Dim PT As Double

Dim PH As Double

Dim PB As Double

Dim PM As Double

Dim PD As Double

Dim Ptoplam As Double

Dim k1 As Double

Dim k2 As Double

Dim K As Double

Dim r1 As Double

Dim r2 As Double

Dim rB As Double

R = 1.987

Show

FT0 = InputBox("Toluen Beslemesini Giriniz (kmol/dk)")

HToranı = InputBox("Hidrojen / Toluen Oranını Giriniz")

FD = InputBox("Difenil Beslemesi Giriniz(kmol/dk)")

P = InputBox("Basınç Değeri Giriniz (atm)")

T = InputBox("Sıcaklık Değeri Giriniz (K)")

24

FH0 = FT0 * HToranı * 0.95

k1 = 3.326 * 10 ^ 6 * Exp((-50445) / (R * T))

k2 = 3.114 * 10 ^ 5 * Exp((-50445) / (R * T))

K = 8.833 * 10 ^ 5 * Exp((-50445) / (R * T))

Print "FT0=", FT0, "H/T Oranı=", HToranı, "Basınç=", P, "Sıcaklık=", T

Print " "

Print "k1=", k1

Print "k2=", k2

Print "k2'=", K

Print " "

Print "Xt", " ", "h", " ", "F Toluen", " ", "F Metan", " ", "F Benzen", " ", "F Difenil"

For Xt = 0.1 To 0.8 Step 0.1

h = FT0 * Xt

FT = FT0 * (1 - Xt)

FM = FM0 + h

FB = h - (2 * FD)

FH = FH0 + ((2 * h) + (2 * FD))

Ftoplam = FT + FM + FD + FB + FH

Print Xt, " ", h, " ", FT, " ", FM, " ", FB, " ", FD

Next

Print " "

Print "Xt", " ", "F Hidrojen", " ", "F Toplam"

For Xt = 0.1 To 0.8 Step 0.1

h = FT0 * Xt

FT = FT0 * (1 - Xt)

FM = FM0 + h

FB = h - (2 * FD)

FH = FH0 - (2 * h) + (2 * FD)

Ftoplam = FT + FM + FD + FB + FH

Print Xt, " ", FH, " ", Ftoplam

Next

Print " "

25

Print "Xt", "", "P Toluen", "", "P Hidrojen", "", "P Benzen"

For Xt = 0.1 To 0.8 Step 0.1

PT = FT / Ftoplam

PH = FH / Ftoplam

PB = FB / Ftoplam

PM = FM / Ftoplam

PD = FD / Ftoplam

Ptoplam = PT + PM + PD + PB + PH

Print Xt, " ", PT, " ", PH, " ", PB,

Next

Print "Xt", "", "P Metan", "", "P Difenil"

For Xt = 0.1 To 0.8 Step 0.1

PT = FT / Ftoplam

PH = FH / Ftoplam

PB = FB / Ftoplam

PM = FM / Ftoplam

PD = FD / Ftoplam

Ptoplam = PT + PM + PD + PB + PH

Print Xt, " ", PM, " ", PD

Next

5.MALZEME SEÇİMİ-GÜVENLİK VE ÇEVRESEL AÇIDAN DEĞERLENDİRME

5.1.MALZEME SEÇİMİ

Tasarlanan reaktörün, tepkimenin gerçekleşme koşullarına dayanıklı olması

gerekmektedir.Piyasada cam, aluminyum, karbon ve paslanmaz çelik gibi pek çok

malzemeden yapılmış reaktörler bulunmaktadır.Alüminyum dayanıksızdır,camın ise kurulum

maliyeti yüksektir,ayrıca kırılgan olduğu için özel önlmeler gerektirir.Tasarlanacak reaktör

için seçilen malzeme paslanmaz çeliktir bunun nedeni; çoğu organik sistemlerle kullanımı için

mükemmel bir malzeme olması,seçilen malzemenin oksitlenmeye karşı , korozyona karşı ve

tepkime koşullarındaki ani değişimlerine dayanıklı olmasıdır.

26

Paslanmaz Çelik

Paslanmaz çelik, yüksek alaşımlı çeliğin ağırlıklı olarak anti-korozyon özellikleri için

kullanılan adıdır. Paslanmaz çelik ailesinin temel özelliği hepsinin en az % 10,5 krom

içermesidir. Bu özellik çeliğin aşındırıcı atmosferler veya aşındırıcı kimyasal ortamlara karşı

koymasını sağlar. Paslanmaz çeliğin 5 farklı kategoriye ayrılmış 60 farklı çeşidi vardır.

Paslanmaz çelik, karbon çeliğinden ve alaşımlı çelikten pahalı olmasına ve de global pazarda

kullanımının daha az olmasına rağmen dünya piyasalarında çok önemli bir yere sahiptir

Diğer Metallerden Üstün Özelliği;

--Üstün korozyon dayanıklığı

--Yüksek ve düşük sıcaklıklarda kullanılabilme özelliği

--Mevcut imalat proseslerinde kolayca kullanılabilmesi

--Yüksek mekanik dayanımlarının iyi olması

--Hijyenik amaçlı kullanım özellikleri

--Üstün estetik görünüm özellikleri

--Uzun ömürlü ve ekonomik olmaları

Paslanmaz Çelik Ana Kategoriler

300 Serisi Ostenitik– Alaşımlar: 301, 302, 303, 304, 305, 308, 309, 310, 314, 316, 321 seri

paslanmaz çelikler krom ve nikel içerirler. Isıl işlem uygulamak mümkün değildir ve de

mıknatıs tutmazlar. Şekil alabilme kabiliyetleri yüksektir. 300 serisi veya östenitik paslanmaz

çelikler dünya paslanmaz çelik üretiminin yaklaşık %70 ‘ini oluştururlar. Östenitik yapı

yaklaşık olarak %8–10 ‘luk bir nikel ilavesiyle oluşur.Fakat, nikel tek başına östenitik yapıyı

oluşturmaz.Mangan, nitrojen, karbon ve bakır gibi diğer elementlerin de yardımıyla östenitik

özellik oluşturulur. Molybdenum takviyesi ile paslanma dayanıklılığı arttırılan.

Dekorasyonda,makine imalatında, beyaz eşyada, kimya sanayinde ve evye imalatında

kullanılır.

400 Serisi Ferritik– Alaşımlar: 405, 409, 429, 430, 434, 436, 442…Bu serideki paslanmaz

çelikleri ise krom içerir. Mıknatıslanabilir fakat ısıl işleme tabi tutulmazlar. Ferritik

paslanmaz çelikler genelde nikel içermeyip yüksek krom içeren (%12 ile %30 arasında),

27

molibden, titanyum vanadyum gibi karbür yapıcı ve ferritik yapıyı istikrarlı kılan alaşım

elementleri içeren bir paslanmaz çelik gurubudur. Genelde içerdikleri yüksek krom oranı,

ferritiklere çok yüksek bir korozyon direnci sağlar. Daha çok yakın akrabaları olan karbon

çeliklerin özelliklerine yakın mekanik ve fiziksel özelliklere sahip olan ferritik paslanmaz

çelikler, östenitiklerin tersine manyetiktirler, düşük karbon içerikleri nedeniyle ısıl işleme

tabii tutulamazlar ve kolayca haddelenebilirler. Bu tür çeliklere tek uygulanabilen ısıl işlem

tavlama işlemidir.Ostenitikler kadar şekillendirilmeye uygun değildirler.

Çizelge 5.1.6. Paslanmaz Çelik Kullanım Alanları[11]

28

AISI 321-DIN 1.4541 Paslanmaz Çelik Boru Özellikleri:

Yapacağımız proje için 321 tipi paslanmaz çelik boru seçildi.Bunun nedeni yüksek

sıcaklıklarda kullanılabilir olmasıdır.Ayrıca 425-850derece sıcaklıklarda bile karbür

çökelmesi oluşmamaktadır.

Korozyon dayanımı; 425-900 derece aralığında çalışacak olan uygulamalar için idealdir.

Isı dayanımı;Aralıklarla 900 derecede ve sürekli olarak 925 derecede çalışması

mümkündür.İyi oksidasyon dayanımı vardır.321 kalite paslanmaz çelikler,425-900 derece

arasında iyi performans sergiler ve özellikle sulu ortamlarda iyi korozyon kondisyonu

gösterirler.

5.2.GÜVENLİK VE ÇEVRESEL AÇIDAN DEĞERLENDİRMELER

Benzen İçin Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler

Tehlike Tanıtımı

Kansere neden olabilir. Yüksek mertebede yanıcıdır, üstelik zehirlidir. Teneffüs

edilmesi, deri ile teması ve yutulması vasıtasıyla uzun dönemde sağlığa çok ciddi zarar

verir. Profesyonel kullanıcılarla sınırlandırılmıştır.

İlk Yardım Tedbirleri

Teneffüs ettikten sonra : Temiz havaya çıkarılır. Eğer solunum durursa hemen

mekanik solunum uygulanır. Gerekliyse oksijen maskesi takılır.

Cilt temasından sonra : Bol su ile yıkayın. Polietilen glikol 400 karışımı ile ıslatın.

Hemen kirlenen giysiyi çıkarın.

Göz temasından sonra: Bol su ile en az 10 dakika göz kapağı açık olarak yıkayın. Göz

uzmanı çağırın.

Yuttuktan sonra: Kusmayı engelleyin. Hemen doktor çağırın.

Yangınla Mücadele Tedbirleri

Uygun yangın söndürme maddeleri : karbondioksit, köpük, toz.

29

Özel riskler : Yanıcıdır. Buharlar havadan daha ağır olduğundan atmosfer

sıcaklığındaki hava ile patlayıcı karışımlar oluşturur. Yangın durumunda tehlikeli

yanıcı gazlar veya buharlar gelişebilir.

Yangınla mücadelede özel koruyucu ekipmanlar : Nefes alma aparatı ve kimyasal

koruyucu giysi olmadan tehlikeli bölgelerde kalmayınız.

Diğer bilgiler : Yangın söndürme suyunun yüzey suyuna ya da yeraltı suyuna

sızmasını engelleyin. Güvenli bir uzaklıktan su püskürterek kabı soğutun.

Kaza Sonucu Yayılmaya Karşı Tedbirler

Kişisel önlemler : Buharları/ aerosolleri solumayın. Madde temasını engelleyin.

Çevresel önlemler : Patlama riski olduğundan kanalizasyon sistemine girmesine izin

vermeyin.

Kullanma ve Depolama

Kullanma : Tutuşturucu kaynaklardan uzak tutunuz. Elektrostatik yüklenmeyi

önlemek için önlem alınız. Maddeyi teneffüs etmeyin. Buharların/aerosollerin anlık

oluşmasını engelleyin.

Depolama : Tutuşturucu ve ısı kaynaklarından uzak olarak iyi havalandırılmış bir

yerde sıkıca kapalı olarak tutunuz. Depo sıcaklığında sınırlama yok. Yalnızca yetkili

kişiler tarafından ulaşılabilir.

Maruz Kalma/Kişisel Korunma

Kişisel koruyucu ekipmanlar : Koruyucu giysi, kullanılan tehlikeli madde

konsantrasyonu ve miktarına bağlı olarak seçilmelidir. Kimyasallardan korunmak için,

koruyucu giysilerde bulunan rezistanslar her bir tedarikçi tarafından saptanmalıdır.

Solunum koruması : Buharlar/aerosollerin solunmaması gerekir. Solunursa solunum

cihazı ile müdahele edilmelidir.

El koruması : Mutlaka yapılan işe göre eldiven kullanılmalıdır.

30

Endüstriyel hijyen : Derhal kirlenen giysiyi değiştirin. Cilt koruyucu krem uygulayın.

Madde ile çalıştıktan sonra ellerinizi ve yüzünüzü yıkayın. Hiçbir koşulda iş sahasında

yemeyin ve içmeyin.

Stabilite ve Reaktivite

Kaçınılması gereken durumlar : Isıtma

Kaçınılması gereken maddeler : mineral asitleri, sülfür, halojenler, halojen-halojen

bileşikler, ozon, peroksit bileşikler, oksihalojenik bileşikler, CrO3), halojenler,

hidrokarbonlar, uranyum hekzaflorür, perkloratlar.

Toksikoloji Bilgileri

Teneffüs ettikten sonra: Emilim, solunum sistemindeki tahriş edici semptomlar.

Cilt temasından sonra : Hafif tahriş, ciltte kurutucu etki, ardından ikincil bir iltihabin

oluşumu.

Göz temasından sonra : Hafif tahriş.

Yuttuktan sonra : Mide bulantısı. Maddenin kazayla yutulması aspirasyon riskine

neden olabilir.

Emiliminden sonra : Ajitasyon, zinde hissetme hali (öfori), baş ağrısı, aşırı baş

dönmesi, sarhoşluk, yorgunluk, CNS rahatsızlıkları, narkoz, solunumun kesilmesi.

Ekolojik Bilgiler

Biyolojik etkiler : Suda yaşayan organizmalar için zehirlidir. Toprak veya suya

karışmasına izin verilirse içme suyu kaynaklarını tehlikeye sokar.

Doğadan Uzaklaştırma(Bertaraf Etme)

Ürün : Kimyasallar ulusal kurallara uygun şekilde atılmalıdır.

Ambalaj : Ürün ambalajı ülkeye ait spesifik kurallara uygun bir şekilde imha edilmeli yada

ambalaj geri dönüşüm sistemine gönderilmelidir.[13]

Toluen İçin Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler

Tehlike Tanıtımı

En önemli tehlikeleri : Patlayıcıdır.

31

Spesifik tehlikeleri : Kuvvetli oksidanlar ile şiddetli reaksiyona girerek yangın ve

patlamaya neden olabilir.Buharları havadan ağır olduğundan zeminde yayılarak uzak

mesafelerde tutuşmalara neden olabilir.


Teneffüs edilirse : Hastayı temiz havaya çıkarın.Solunum durmuş veya zayıf ise suni

solunum uygulayın. Gerekiyorsa oksijen verin ve derhal doktor çağırın.

Deri ile temas ederse : Bulaşan elbiseler çıkarılarak cilt bol su ile yıkanır. Tahrişi

azaltan kremler sürülür.

Gözle temas ederse : Hemen bol su ile 15 dk.yıkanır.Gerekirse göz kliniğine sevk

edilir.

Yutulursa : Kusturmaya yeltenmeyin ve ağızdan bir şey vermeyin.Hasta hemen tam

teçhizatlı hastaneye kaldırılarak midesi yıkanır.


Spesifik tehlikeleri : Kuvvetli oksitleyicilerle şiddetli reaksiyona girer.Yangın ve

patlamaya sebep olabilir.

Uygun yangın söndürme maddesi : Küçük yangınları kuru toz kimyasal, köpük,

karbondioksit veya su ile söndürülür.Büyük yangınlarda köpük veya su sisi

kullanılır.Basınçlı su kullanılmaz.Su, etrafı serin tutmak için kullanılabilir.

Yangınla mücadelede gerekli koruyucu teçhizat : Tam yüz maskeli solunum cihazı,

lastik yada pvc eldiven,bot ve koruyucu elbise kullanılmalıdır.


Kişisel önlemler : Tam koruyucu elbise ve solunum cihazı kullanın.Buhar ve

zerreciklerini solumaktan sakının. Gözlere, cilde ve elbiselere temasından kaçının.

Çevresel önlemler : Temizlik işi tamamlanıncaya kadar alana girişi yasaklayın. Risksiz

olarak yapabiliyorsanız kaçağı önleyin. Alanı havalandırın.Toprak yada diğer yanıcı

olmayan bir madde ile çevirin.Az miktarda döküldüğünde bol su ile yıkayın.Asla

yanıcı maddelerle örneğin talaş gibi absorbe etmeyin.

32


Kullanma : Gözle, deriyle ve elbiselerle temasından kaçının. Buhar ve zerreciklerini

solumaktan sakının.Çalışırken kauçuk önlük, eldiven,gözlük ve gerekirse hava tüplü

maske kullanın.Kan,karaciğer ve böbrek rahatsızlığı olan kimselerin bu madde ile

çalışmamaları gerekir.Devamlı çalışma durumunda yılda bir defa Göz, merkezi sinir

sistemi, kan, karaciğer ve böbrek testlerinin yapılması gerekir.

Teknik önlemler : Kapalı ve iyi havalandırılmış yerlerde kullanılmalıdır. Taşıma,

doldurma ve boşaltma esnasında basınçlı hava kullanmayın.

Depolama : İyi havalandırılmış,kuru yerlerde;ısı,ışık,alev ve kıvılcım kaynağından,

oksitleyici maddelerden uzak depolayın. Kapları fiziksel hasarlardan koruyarak kapalı

ve dik tutun.

Ambalaj malzemesi : PVC

Diğer önlemler : Çalışma anında bir şey yiyip içmeyin. Sigara içmeyin. Hamile

kadınların bu maddeye maruz kalmamaları gerekir.


Solunum sisteminin korunması : Kullanım noktasında buhar ve zerrecikler için

NIOSH onaylı uygun maske kullanın. Uygun solunum cihazları; tüm yüzü koruyan

filtre takılmış yarı maske, pozitif basınç modlu solunum cihazı yada havalı maske

olabilir.

Ellerin korunması : Lastik yada kauçuk eldiven kullanın.

Gözlerin korunması : Kimyasal gözlük ve tam yüz siperi veya tam solunum cihazı

kullanılabilir. Genel olarak kimyasal maddelerle meşgul olurken kontak lens

kullanılmamasının gereği kabul edilir, çünkü kontak lensler gözdeki yaranın

ciddiyetini artırabilir.

Cilt ve vücudun korunması : Kauçuk önlük,elbise ve bot kullanın.


Stabilite : Stabil

33

Reaktivite : Kuvvetli oksitleyicilerle ve kuvvetli asitlerle şiddetli reaksiyona girerek

yangın ve patlamaya neden olabilir.

Kaçınılması gereken durumlar : Isı ve ışık kaynağı,nem,açık alev ve kıvılcım.

Temas etmemesi gereken maddeler : Kuvvetli oksitleyiciler ve kuvvetli asitler.


Akut Toksisite : LD 50 : 50 g/kg

Soluma : Solunum yolu ile alındıktan sonra vücut tarafından emilerek kana karışır ve

beyinde baş dönmesi,dengenin bozulması,şuur kaybı gibi toksit etkilere neden olabilir.

Deri ile temas : Uzun süreli maruz kalma durumunda kızarıklık ve alerji yapar, cildi

kurutur.

Gözle temas : Göz dokularında tahriş ve yanma yapar.

Yutma : Oral doz LD 50; 10 g/kg. Sindirim yoluyla az miktarda toksittir. Bu miktarda

alındığında bulantı, kusma iştah bozukluğu,halsizlik ve uyku hali yapar.

Ekolojik Bilgiler

Akut Balık Toksisitesi : TLV : 100 cm3 buhar/m3 hava


Kullanma, depolama, taşıma ve bertaraf mutlaka yerel ve merkezi yasal düzenlemeler

takip edilerek yapılmalıdır. Yüzey sularına ve kullanma suyu sistemine boşaltılmaz.

[14]

Metan İçin Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler

Tehlike Tanıtımı

Koku: Kokusuz

Görünüm: Sıkıştırılmış gaz

Gözle temas: İritasyona yol açabilir.

Deriye temas: Şiddetli maruziyet durumlarında iritasyon görülebilir.

Soluma: Şiddetli maruziyet durumlarında baş ağrısı görülebilir.

34

Yeme: Potansiyel koruyucusuz geçiş olarak addedilmez.


Deriyle temas: Bu ürün için özel bir tedbir gerekmemektedir.

Gözle temas: Bu ürün için özel bir tedbir gerekmemektedir.


Soluma: Hastayı temiz havaya çıkarın. Herhangi bir kuşkunuz varsa ya da semptomlar

devam ediyorsa, tıbbi müdahale için başvurun.

Genel: Kaza durumunda ya da kendinizi iyi hissetmiyorsanız, hemen doktorunuza

danışın. (mümkünse etiketi gösterin)


Oto ateşlenme noktası # °C 760 mm/Hg’de alev almaz.

Taşınabilir konteynerler mümkünse ve risk almadan taşınmalıdır.

Ateşe maruz kalan konteynerleri su sıkarak soğuk tutun.

İtfaiyeyi potansiyel tüp patlama ve fırlama tehlikesinden haberdar edin.


Kişisel Tedbirler : Güvenli ise sızıntı kaynağını kapatın.

Çevresel Tedbirler: Bu ürün için özel bir tedbir gerekmemektedir.

Temizleme Eylemleri: Güvenli ise sızıntı kaynağını kapatın. Ürünü buharlaşmaya

bırakın. Alanı havalandırın.


Yükleme-boşaltma: Profesyonel kullanıcılarla kısıtlıdır. Yeterli havalandırma

olmasına dikkat edin.

Depolama : Serin, kuru ve iyi havalandırılan bir yerde saklayın.Basınçlı konteyneri

güneş ışığından uzak tutun ve 50 C dereceyi aşan sıcaklıklara maruz bırakmayın.


35

Maruziyet Limitleri : Bu ürünün önerilen ya da oturmuş herhangi bir kontrolü yoktur.

Mesleki Maruziyet kontrolleri : Bu ürün için özel bir tedbir gerekmemektedir.


Bu madde normal şartlar altında stabil sayılır.

Aşırı ısınmayı önleyin.


Toksikolojik Bilgi : Toksik değil

Soluma: Şiddetli maruziyet durumlarında baş ağrısı görülebilir.

Deriyle temas: Tehlikeli değil

Gözle temas: Tehlikeli değil


Karsinojenisite: Karsinojenik etkiler üzerine kanıt bulunamamıştır.

Ekolojik Bilgiler

Ekotoksisite: Mevcut verilerde, madde akuatik yaşama zararlı değildir.

Mobilite: Bu madde uçucudur. Suda çözünmez.

Diğer Advers Etkiler: Çevre için tehlike teşkil etmez. Tasfiyede dikkat edilmelidir.


Kontamine olmamış materyal geri verilebilir. Tedarikçiye danışın.

Atma işlemi yerel, ulusal ve devlet yasalarına uymalıdır.

Kullandıktan sonra bile kabı delmeyin ya da yakmayın.[15]

Hidrojen İçin Güvenlik ve Çevresel Açıdan Değerlendirmeler

Tehlike Tanıtımı

Renksiz, kokusuz,zehirsiz, boğucu, son derece parlayıcı , yüksek basınç altında çelik

36

tüpler içersine sıkıştırılmış gazdır. Hava ile parlama sınırı % 4-74,5 dur. Isı, kıvılcım

ve alevden uzak tutulmalıdır. Hidrojen , oksijen içermez ve kapalı alanlara sızarsa

boğulmaya neden olabilir. Tüpler, 45 °C ‘nin altında kullanılmalı ve muhafaza

edilmelidir. Bilinen en hafif gazdır.


Teneffüs edilmesi : Çalışanın riskini en aza indirerek kazazede derhal temiz bir sahaya

götürülmelidir. Hava girişinde herhangi bir engel olmamalıdır. Eğer solunum zayıflığı

varsa veya durmuşsa, derhal suni teneffüs uygulanmalıdır. Kurtarma personelinde

solunum cihazı bulunmalıdır. Kazazede sıcak ve rahat tutulmalıdır. Daha sonraki

tedavi semptomatik ve destek tedavi olmalıdır. Hidrojenin hava içindeki

konsantrasyonunun %4 seviyeye geldiği zaman parlama ve yanma riskinin olduğu

unutulmamalıdır.


Uygun söndürme yöntemi : Oldukça parlayıcı bir gazdır. Hidrojen bilinen en hafif

gazdır ve sızan gaz bulunduğu yerin en üst noktasında toplanır. Hidrojen, hava ile

hemen hemen gözle görülmez, açık mavi bir alevle yanar. Yüksek kaplardaki gaz

kaçağı, herhangi bir ateşleme kaynağı yokken bile, statik elektrikten tutuşabilir. Hızlı

bir alev yayılması ve alev geri tepmesi olabilir. Havada geniş bir konsantrasyon

aralığında kolayca tutuşabilir.

Yangın mahalline yetkisiz şahıslar sokulmamalıdır ve yangın mahalli izole

edilmelidir. Kaçak ihtimali bulunan ortamlardan tutuşturma kaynakları uzak

tutulmalıdır. Yangına maruz kalan hidrojen tüpleri, yangın esnasında ve sonrasında

emniyetli bir mesafeden su ile soğutulmalıdır.

Yangın söndürmede su, kuru kimyasallar ve karbondioksit kullanılabilir.


Kişisel önlemler : Ürünün yayıldığı bölge derhal boşaltılmalıdır. Ürünün yayıldığı

bölgeye girişlerde, uygun koruyucu ekipman kullanılmalıdır. Tehlike bölgesinde

sigara içilmemeli, hiçbir alev, ateş veya kıvılcım olmamalıdır. Uygun havalandırma

sağlanmalıdır. Kusurlu tüplere muamele ederken, oldukça dikkat edilmelidir. Aksi

takdirde herhangi bir tutuşma meydana gelebilir ve alevi gözle zor görüldüğü için

37

tüple temasa geçen kişiye zarar verebilir. Hidrojen alevinin en kolay tesbit etme

yöntemi bir çalı süpürgesi ile alev ihtimali olan kısma yaklaşmaktır.

Çevrede alınacak önlemler : Gaz kaçağı yapan tüp, dikkatlice emniyetli bir alana

götürülmeli ve üzerinde hiç bir tamirat yapılmadan yetkili aranmalıdır.

Temizlik yöntemleri: Etkilenen bölge havalandırılmalıdır. Eğer sızıntı kullanıcının

donanımında ise , onarıma başlamadan önce, kesinlikle gaz boruları inert gaz ile

süpürülmelidir.


Kullanma: Tüpler işletme içinde nakledilirken vanaları kapalı ve kapakları takılı

olarak nakledilmelidir. Nakil esnasında tüpler yan yatırılmamalı, tercihen dik

vaziyette, bir araba üzerine ve bağlı olarak nakledilmelidir. Tüpler kapağından ve

ventilinden kaldırılarak taşınmamalıdır. Tüpleri kaldırmak için mıknatıs, halat veya

zincir kullanılmamalıdır, tüpler düşmemeli ve birbirine çarpmamalıdır. Kullanım

mahalline getirilen tüpler dik olarak kullanılmalı, tüpün üzerindeki etiketten doğru

gazın kullanıldığı kontrol edilmelidir. Kapağı sökülüp vana dişleri kontrol edilmelidir.

Uygun basınç düşürücü ( regülatör ) ve ekipman monte edilmelidir. Monte işleminde

kıvılcım çıkarmayan türden ekipman kullanılmalıdır. Regülatör takmadan önce, ateşe

yakalanma ihtimalinden dolayı tüp valfi hemen açılmamalıdır. Vanası asla

yağlanmamalı ve yavaşça açılmalıdır. Uygun bir yöntemle (sabun köpüğü, kaçak

tesbit solusyonu vb.) gaz kaçakları kontrol edilmelidir. Tüpü kullanıma sokmadan

önce, sisteme geri besleme olmamasına dikkat edilmelidir. Bir tüpün basıncını

arttırmak için asla direkt çıplak alev veya elektrikli ısıtıcı cihazlar kullanılmamalıdır.

Tüp asla 45 °C ‘nin üzerindeki bir sıcaklığa maruz bırakılmamalıdır. Tüp içindeki gaz

tamamen bitmeden, tüpün vanası zorlanmadan kapatılmalı ve kapağı takılmalıdır.

Üzerine boş yazılı bir etiket yapıştırılıp, depoya götürülmelidir. Tüpler takoz, rulo,

mesnet v.s. gibi amaçlar için kullanılmamalıdır.

Depolama : Tüpler; paslanmaya ve sert havaya karşı korunaklı, çok iyi havalandırılmış

bir sahada depolanmalıdır. Tüp depoları yanmayan türden malzemeden yapılmalı,

hafif çatılı, kapıları dışarı doğru açılır olmalıdır. Alttan ve üstten havalandırma

kanalları bulunmalıdır. Deponun üst kısmı gazın kaçacağı şekilde meyilli yapılmalıdır.

Statik elektriklenmeye sebebiyet verecek her türlü koşul ortadan kaldırılmalıdır. Tüm

38

donanım kıvılcım çıkartmaz ve patlama-korumalı (explosion-proof) olmalıdır.

Depolama esnasında tüp sıcaklığının – 40 °C’nin altına inmeyecek, 45 °C’nin üstüne

çıkmayacak şekilde önlem alınmalıdır. Tüpler yangın riskinden ari ve ısı/tutuşturucu

kaynaklardan uzak bir yerde muhafaza edilmelidir. Hidrojen tüpleri, oksijen gibi

oksitleyici tüplerden uzak depolanmalıdır. Depolama sahası temiz tutulmalı ve

yalnızca yetkili personel girebilmelidir. Depolama sahası uygun tehlike uyarıcı

işaretlerle işaretlenmelidir. ‘Sigara İçilmez veya Açık Alevle Girmeyiniz” uyarı yazısı

asılı bulundurulmalıdır. Depolanan tüpler, devrilmeyecek ve yuvarlanmayacak şekilde

tutulmalıdır. Tüp valfleri sıkıca kapatılmalı ve koruyucu kapakları yerinde olmalıdır.

Dolu ve boş tüpler ayrı ayrı depolanmalı ve ilk önce eski stok kullanılacak şekilde

dolu tüpler ayarlanmalıdır.


Mesleki maruz kalma limiti : Havadaki Oksijen seviyesinin % 19,5 altına düşmesi

engelleyecek şekilde havalandırma yapılmalıdır.

Mesleki maruz kalma kontrolleri : Hidrojen zehirli değildir, fakat yüksek

konsantrasyonda basit bir boğucu gaz olarak davranır. İstenilerek solunulmamalıdır.

Ürün kullanılırken sigara içilmemeli ve çıplak alev kullanılmamalıdır.

Solunum sisteminin korunması : Havadaki konsantrasyonu, solunum için gerekli

oksijen konsantrasyonundan fazla ise tüplü solunum cihazları kullanılmalıdır.

Ellerin korunması : Sağlam iş eldivenleri kullanılmalıdır.

Gözlerin korunması : Yüz siperliği veya göz maskesi kullanılmalıdır.

Cildin korunması : Uygun iş elbiseleri ve çelik burunlu ayakkabı giyilmelidir.


Kaçınılması gereken durumlar : Havayla patlayıcı karışım meydana getirebilir.

Kaçınılması gereken materyaller : Oksitleyicilerle şiddetli reaksiyona girebilir.

39


Hidrojen zehirli değildir, fakat toksik etkisini yüksek konsantrasyonlarda basit bir

boğucu gaz olarak gösterir. Boğulma belirtileri; hızlı ve güçlükle teneffüs, hızlı

yorulma, mide bulantısı/kusma ve muhtemelen bilinç kaybının ardından ölümdür.

Ekolojik Bilgiler

Bu konuda herhangi bir veri bulunmamaktadır.


Tehlikeli miktarlarda birikmelerin olabileceği hiç bir ortama boşaltma ve tahliye

yapılmamalıdır. Tüplerde kalan gazların bertarafı için yetkili ile irtibata geçilmelidir.

Kontrollü bir şekilde imha edilecektir.[16]

6.REAKTÖR BOYUTLANDIRMASI

Çeşitli sıcaklık ve basınç değerleri için birçok hacim hesaplanmıştı.Seçim yapılırken

maliyet göz önünde bulunduruldu.Bunun sonucunda 700oC sıcaklık ve 25 atm basınç

hesaplanan 8,7m3 değeri reaktör hacmi olarak seçildi.

Seçilen 321 kalite paslanmaz çelik boruların dış çap genişliği 2mm-609mm arasındadır.[12]

Tasarladığımız reaktörde dış çapı 609mm ve et kalınlığını 9mm aldık.

D=609mm=0,609 m

Et kalınlığı=9mm=0,009m

r=(0,609-0,009) / 2 = 0,3m bulundu.

Kullanılacak reaktörün uzunluğunu bulmak için;

V=πr2L

Burada reaktör uzunluğu, L= 31m bulundu.

Kullanılacak dış ceket boyutlandırması;

40

28,7 (0,3 ).x Lπ=

D = 0,762m

Et kalınlığı = 0,009m seçildi.

Proseste gerçekleşen tepkime egzotermik olduğu için soğutma sistemi kullanılması

gerekir. Bunun için fan kullanılarak soğuk akışkan olan oda sıcaklığındaki hava ceket

içerisinden geçirildi. Reaktörün dış yüzeyindeki ısı sebebiyle ısınarak yükselen hava,soğutma

ceketinin yüzeyine açılan deliklerden borular vasıtasıyla,besleme girişine gönderildi.Burada

beslemeyi ısıtmak amacıyla kullanıldı.Kullanılan fanlar ise reaktörün alt kısmına

konuldu.Planlanan sistemin şekli aşağıda verilmiştir;

Şekil 4.1. Tasarlanan Reaktör Sistemi

41

Şekil 4.2. Tasarlanan Reaktör Sisteminin 3D Çizimi

7. MALİYET HESAPLAMALARI

Yapacağımız proje için 321 tipi paslanmaz çelik boru seçildi. Optimum şartlara göre

tasarlanan piston akışlı reaktörün hacmi 8,7 m3 olarak hesaplandı.Standart boru çaplarına göre

reaktörün uzunluğu 31 m olarak bulundu. Seçilen borunun dış çapı 0,609 m, et kalınlığı ise

0,009 m' dir. Böylece kullanılan reaktörün yarıçapı 0,3 m olmaktadır.

Maliyet hesabının yapılabilmesi için besleme ve çıkış akımı değerleri ChemCAD

programında HDA prosesi için oluşturulmuş olan piston akımlı reaktörde yerlerine yazılarak

Q değeri bulundu.

42

Şekil 7.17. Besleme akımı değerleri

Şekil 7.18. Çıkış akımı değerleri

Şekil 7.19. Reaktör için bulunan değerler

43

7.1. Reaktör (Boru) Maliyetinin Hesaplanması

AISI 321 (Paslanmaz Çelik) için veriler; [1]

Yoğunluk ( ρ ) = 8027 kg/m3

Isıl İletkenlik (500 0C ve üzeri için) = 22,02 W/m.K

Özgül Isı = 500 J/kg.K

9mm et kalınlığında 1m2 ' lik 321 stainless steel birim fiyatı 69,60 $/m2 olarak

bulunmuştur. [2]

8,7 m3 hacminde , D= 0,6 m ve L= 31 m boyutlarındaki reaktörün toplam alanı

bulunarak birim alan başına bulunan maliyet ile çarpılır.

Toplam Yüzey Alan;

2π rL + 2π r2 = 2. π .(0,6/2).(31) + 2. π .(0,6/2)2 = 58,99 m2

Reaktör için kullanılan paslanmaz çeliğin maliyeti (AISI 321) = (69,60 $/m2).(58,99 m2)

Reaktör Maliyeti = 4105,704 $

Günlük kura göre 1$ = 1,7839 TL ise reaktör maliyeti (4105,704 $).(1,7839 TL/$) =

7324,165 TL olarak hesaplanır.

7.2. Kullanılacak Hammadde Maliyetinin Hesaplanması

Toluenin birim maliyeti Coulson & Richardson Chemical Engineering Design

kitabından (EK 1) 0,47 $/kg olarak okunur. 1998 yılındaki birim maliyet Marshall Swift

maliyet göstergeleri kullanılarak 2011 yılı fiyatlarına çevrilir;

bm toluen = 0,47 kg$

.

9,10610,1520

= 0,673 kg$

Toluen beslememiz 2,416667 kmol/dk olduğundan FT0 =2,416667 kmol/dk 'dır. Buna

göre toluenin maliyeti;

44

Mtoluen = 2,416667 dk

kmol.

stdk

160

.kmol

kg1

14,92. kg1

$673,0 = 8991,48 $/saat

Mtoluen = 8991,48 $ .$1

7839,1 TL = 16039,91 TL/saat

7.3. Dış Ceketin Maliyetinin Hesaplanması

D = 0,762m

Et kalınlığı = 0,009m alınmıştır. Buradan toplam yüzey alanını bulursak;

2π rL + 2π r2 = 2. π .(0,377).(31,5) + 2. π .(0,377)2 = 76 m2

Ceket için kullanılan paslanmaz çeliğin maliyeti (AISI 321) = (69,60 $/m2).(76 m2)

Ceket Maliyeti = 5289 $

Günlük kura göre 1$ = 1,7839 TL ise reaktör maliyeti (5289 $).(1,7839 TL/$) = 9435

TL olarak hesaplanır.

7.4. Soğutma Sistemi (Fan) Maliyetinin Hesaplanması

Sistem egzotermik olduğundan dolayı ortamda sürekli ısı açığa çıkmaktadır. Isının 700 0C’de sabit tutulması gerekmektedir. Bunun için kapalı bir ortamda bulunan reaktörde

soğutucu olarak VB Hücreli Tip Santrifüj Fan kullanılır.[19]

Santrifüj Fanlar

Santrifüj fanların avantajları aşağıdaki gibidir:

Geniş bir uygulama aralığı

Yüksek sıcaklık, korozif ve aşındırıcı ortam uygulamaları,

Direk tahrikli aksiyal fanlara göre, motora daha kolay ulaşım,

Özellikle değişken akış direncine sahip yerlerde, daha verimli ve daha sessiz çalışma

olanakları .

Yüksek bir yapısal kararlılık

Çok yüksek basınç ve debiler [20]

45

Fanın kapasitesinin hesaplanması;

Q değeri Chemcad programında bulunmuştu.

Q=150240000 cal/dk=1502400 kcal/dk

Reaktörün yüzeyinden yayılan ısı hesaplandı;

Yanal alan=58,04m2

Uortdeğerini bulmak için Isı kütle kitabının denklem (10.6-31) formülünden yararlanılır.

k=24,5W / mK ısı kütle kitabı Çizelge 6.2ısıl iletkenlik değeri alınır.

Toluen, benzen ve metanın hodeğerleri chemcad programından bulunmuştur.

Aşağıdaki formülden yararlanılmıştır.

Y = A.T^B/(1+(C/T+D/T^2)) Örnek hesaplama sadece toluen için gösterilmiştir.

Toluen için

A = 2,392 x e-005

B = 1,2694

C= 537

D = 0

T = 973,15 K

Denklemle yerine yazıldığında hotoluen = 64,496 W/m.K bulunmuştur.

Aynı şekilde benzen ve metan değerleri de bulunur.

hoBenzen =61,463 W/m.K

hometan =0,160 W/m.K

ro=boşluktaki yarıçap

ro=ıçap – et kalınlığı

rı=ıçap

Her bir standartlara göre rove rıdeğerleri bulunur.

46

Oradan da her biri için Uodeğerleri bulunur.

UoBenzen= ,01927W/m.K

Uotoluen=,01927 /m.K

Uometan=,01721 /m.K

Uort= ,01859/m.K

Fabrika koşulları 20°Colarak alınır. Sıcaklığımız 700ºCdir.

∆T=700-20=680°C

Uort= ,01859/m.K

58,04 2

q=U.A.∆T

=733,7cal/dk= 0,734 kcal/dk

Bu bulunan değerimiz PAR’ ın dışarıya yaydığı ısı enerjisidir.Tepkime sonucu oluşan ısı ise

chemcad programında 1502400 kcal/dk bulunmuştu.Bu yüzden PAR'ın yaydığı ısı ihmal

edildi.

Havanın 20oC deki ısı kapasitesi cp= 1,006 kj/kg.K = 0,240 kcal/kg.K[17]

Q=m.c.∆T

1502400 kcal/dk = m.( 0,240 kcal/kg.K).(700-20)K

m = 9206 kg/dk

= 1,2 kg/m3 [18]⍴

Q(debi) =m/⍴

Q(debi) = 9206kg/dk/1,2 kg/m3

= 7672 m3/dk =460320 m3/sa

460320 m3/sa kapasiteyi sağlayacak olan fan ya da fanlar kullanılmalıdır.

Bu sisitem için 125500 m3/sa Hücreli Tip Santrifüj Fanından 4 tane kullanılacaktır.

Fanın adeti 1121 $ olarak alınmıştır.[19]

47

Fanın toplam maliyeti = 4*1121 $ = 4484 $ = 8000 TL

Sistemin toplam maliyeti = Reaktör maliyeti+Dış ceket maliyeti+Fan maliyeti

= 7324,165+9435+8000=24760TL

8.SONUÇ

Reaktör seçiminde reaktörlerin avantaj ve dezavantaj özellikleri de göz önünde

bulunduruldu. PAR reaktörü endüstride en çok kullanılan reaktör tipidir.En homojen gaz fazlı

akış reaktörü borusal akış reaktörüdür.Akış reaktörlerinin herhangi birisinin birim reaktör

hacmi başına en yüksek dönüşüm oranını sağlar. Dezavantajı ise; reaktör içinde sıcaklık

kontrolünün zor olmasıdır. Bunun için sisteme fan sistemi eklendi ve bu da bir ek maliyet

getirmiş oldu.Yapılan projede maliyet göz önünde bulunduruldu.Buna bağlı olarak reaktör

hacmi hesabında basıncın ve sıcaklığın optimum olduğu nokta belirlendi.

Reaktör için malzeme seçimi paslanmaz çelik olarak seçildi. Boru ve borunun

dışındaki ceket için 321 kalite paslanmaz çelik seçildi. Paslanmaz çelik çoğu organik

sistemleriyle kullanım için mükemmel bir malzemedir. Paslanmaz çelik yıllarca bozulmadan

bütün özelliklerini koruyarak dayanabilen bir malzemedir. Farklı kimyasal, fiziksel ve

mekanik özelliklerde üretilebilen paslanmaz çelikler; yüksek korozyon dayanımı,

düşük/yüksek sıcaklıklarda kullanılabilmesi, mekanik mukavemeti, imalat kolaylığı, estetik

yüzey görünümü, hijyenik ve uzun ömürlü olma gibi üstün özelliklere sahiptir.

Reaktörde kullanılan benzen,toluen,metan ve hidrojenin sağlık ve çevresel yönleri

belirtildi.

Reaktör boyu endüstride kullanılanlarla karşılaştırıldığında kabul edilebilir

olduğundan spiral haline getirmeye veya tüp yerleştirmeye gerek duyulmadı.Çünkü bu

iyileştirmeler de ek maliyet getirecektir.

Sistemde tepkimeden dolayı oluşan ısı chemcad programında hesaplandı.Isıyı

uzaklaştırmak için ortamdaki hava kullanıldı. Hesaplanan ısı değerinden yararlanılarak

sistemi soğutmak için kullanılması gereken hava debisi bulundu.Bu hava debisine uygun

kapasitedeki fan piyasa araştırması yapılarak seçildi.

48

9.KAYNAKLAR

1. TÜZÜN Celal, '' Organik Kimya '', Okan Yayın Dağıtım, Ankara,1988

2. ÇATALTAŞ İhsan, '' Sınai Stokiometri '', İnkılap ve Aka Basımevi, İstanbul, 1972

3. YAŞLAK Salih, '' Organik Sınai Kimya'' , Dahi Yayınları , İstanbul , 2008

4.TURTON R.,BAILIE R.C.,WHITING W.B.,SHAEIWITZ J.A.,''Analysis, Synthesis and

Design of Chemical Processes '',Third Edition , Prentice Hall, 2009

5. James M. Douglas,''Kimyasal Proseslerin Kavramsal Tasarımı '', Çeviren: İsmail Boz ,

İstanbul, 2005

6. CONNORS C.A., “Chemical Kinetics : The Study of Reaction Rates in Solution”, VCH,

New York (1990).

7. FOGLER H.S., “Elements of Chemical Reaction Engineering”, 2nd ed, Prentice-Hall

International (1992).

8. COKER A.,K., ''Modelling of Chemical Kinetics and Reactor Design'' , Texas, 2001.

9. STANISLAV VALERIEVICH EMETS, B.S., "An Examination Of Modified Hierarchical

Design Structure For Chemical Processes" , A Thesis In Chemical Engineering Submitted to

the Graduate Faculty of Texas Tech University in Partial Fulfillment of the Requirements for

the Degree of Master Of Science, 2003

10. http://megproduction.blogspot.com/design-of-reactor.html (Erişim Tarihi: 18.11.2012)

11.http://www.somcelik.com.tr/tr/paslanmaz-celik-kullanim-alanları (18.11.2012)

12.http://www.nurpaslanmaz.com/PASLANMAZ-CELIK-BORU.php (18.11.2012)

13. http://www.kimyaevi.org/d02/101789.pdf (25.11.2012)

14. http://www.tekkim.com.tr/lib_g_sertifika/105.PDF (09.12.2012)

15. http://www.wilhelmsen.com/services/maritime (09.12.2012)

16. http://www.ozsengaz.com/?sayfa=formhidrojen (09.12.2012)

17. http://biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?kategori_id=4&soru_id=5190

49

http://biltek.tubitak.gov.tr/merak_ettikleriniz/index.php?kategori_id=4&soru_id=5190

http://www.ozsengaz.com/?sayfa=formhidrojen

http://www.wilhelmsen.com/services/maritime

http://www.tekkim.com.tr/lib_g_sertifika/105.PDF

http://www.kimyaevi.org/d02/101789.pdf

18. http://www.mf.hitit.edu.tr/mak/belgeler/dogal_ve_zorlanmis_tasinim.doc (20.12.2012)

19. http://www.altayisisistem.com.tr/uploaded/_5699426532.pdf (21.12.2012)

20. http://www.alfer.com.tr/files/fantech.pdf (21.12.2012)

50

http://www.alfer.com.tr/files/fantech.pdf

http://www.mf.hitit.edu.tr/mak/belgeler/dogal_ve_zorlanmis_tasinim.doc

reaktÖr tasarimi

Documents