ANKARA ÜNİVERSİTESİ KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ SENTETİK GAZ KARIŞIMINDAN METANCA ZENGİN GAZ KARIŞIMI ÜRETİMİ GRUP D-3 09290543 Defne Zeynep ZİYADE 14290510 Sevdenur YAVAŞ 14290940 Onat Utku AKSOY 15290551 Ezgi BALABAN 15290569 Hüsefin Efe GÖKPINAR KYM 415 Proses Tasarımı I Proje I Raporu Kasım, 2021 ANKARA ÖNSÖZ KYM 415 Proses Tasarım I dersi kapsamında 05 Ekim 2021 tarihinde verilen “Proje 1” grup üyelerimiz tarafından eşit görev dağılımı ile hazırlanmıştır. İçinde bulunduğumuz pandemi sürecinden kaynaklanan sıkıntılar olsa da rapor çalışmasına başlamadan önce tüm grup üyelerinin katıldığı Skype görüşmesi yapılmıştır. Bu görüşmede proje için izlenilecek yollar konuşulmuş ve taslak oluşturulmuştur. Bu çalışma için gerekli analitik hesaplamalar yapılmış ve elde edilen sonuçlar CHEMCAD ve MATLAB ortamında yeniden değerlendirilip, karşılaştırılmış ve değerlendirilmiştir. Görev paylaşımları uygun bir biçimde yapılmış ve verimli bir çalışma gerçekleştirerek Tasarım raporu 12 Kasım 2021 tarihinde dersin ilgili öğretim görevlisine teslim edilmiştir. D3 Grup Üyeleri i ÖZET Raporun amacı, projede verilen verilerden yola çıkarak prosesin işletme koşullarının belirlenmesi, kütle - enerji denkliklerinin kurulması ve çözülmesi, proseste yer alan akımların bileşimlerinin hesaplanması ve prosesin ana hatlarıyla ortaya konmasıdır. Prosesteki her akımın kütlesel akış hızları, molce bileşimleri ve reaktör çıkışındaki sıcaklığı bulunarak tasarım projesinde verilmiş olan EK-1 tabloları oluşturulmuştur. Tasarım projesi bilgisayar ortamında için MATLAB ve CHEMCAD programları ile desteklenmiş olup, ilgili hesaplamalara projede yer verilmiştir. ii İÇİNDEKİLER SİMGELER DİZİNİ……………………………...……………………...…………...1 1. GİRİŞ……………………………………………………………………………..2 2. KURAMSAL TEMELLER………………………………………………………3 2.1 Madde Denkliği……………………………………...……………………….3 2.2 Enerji Denkliği………….…………………………………………………….4 2.3 Proseste Yer Alan Ekipmanlar………………………………………………..5 2.4 Proses Akış Diyagramı…………………………………………………….....6 3. TASARIM VERİLERİ…………………………………………………………….7 3.1 Proses Sorusu…………………………………………………………………7 3.2 Soru Verileri…………….…………………………………………………….9 4. SİSTEMİN MATEMATİKSEL TANIMI ve ÇÖZÜMÜ……………………..….10 4.1 Analitik Çözüm.....………………………………………………………..…10 4.2 Matlab Çözümü……………………………………………………………...16 5. TARTIŞMA VE YORUM………………………………………………………..19 6. KAYNAKÇA……………………………………………………………………..20 EK - 1………………………………………………………………………………..21 EK – 2…………………………………………………………………………….…23 iii SİMGELER DİZİNİ N: Akımın toplam molar akış hızı (kmol/h) n: Bileşenin akış hızı (kmol/h) n(s,j) : j nolu akımdaki s bileşeninin molar akış hızı y: Bileşenin mol kesri Cp (J/molK) = Molar Isı Kapasitesi ∆Hf (298K) = Bileşenlerin Oluşum Entalpileri Pi (atm) = Kısmi Basınç Psu (mmHg) = Suyun Basıncı Psat (mmHg) = Doygunluk Basıncı PT (mmHg) = Toplam Basınç QR (J) = Tepkime Isısı QL (J) = Latent Isısı Q3 , Q7 , Q8.9 , Q4 (J) = Belirtilen ünitelere giren ve çıkan enerjiler Qç (J) = Çıkan Enerji Qg (J)= Giren Enerji T (K) = Sıcaklık Tref (K) = Referans Sıcaklık 1 1. GİRİŞ Mühendislik; bütün matematik, termodinamik, akışkanlar mekaniği, ısı aktarımı ve kütle aktarımı ilkelerinden faydalanarak en ekonomik yoldan, insanlık için yararlı ürünler üretmektir. Ancak üretilmesi istenen ürünün ilk aşamada alternatif üretim prosesleri arasından bizim için en uygun olan üretim prosesi seçilmelidir. İşte bu en uygun prosesin hangisi olduğunun belirlenmesi için birçok kriter göz önünde bulundurulmalıdır. Bu kriterlerden ilk akla gelenleri; ekonomik olması, proses süresinin kısa olması ve çevreye en az zarar veren olması şeklindedir. Akım şemaları, proses tasarımında anahtar doküman olarak adlandırılacak kadar önemli bir konudur. Akım şemaları üzerinde tasarımda yer alan ekipmanlar, akım hatları, akımların hızları, bileşimleri ve ekipmanların işletme koşulları yer alır. Akım şemaları, proseste yer alan her bir ünite için ve tüm proses için yapılan kütle denklikleri temel alınarak oluşturulur. Akım şemaları üzerinde yer alan niceliklerin hesaplanması, büyük ve kompleks tesisler için oldukça güç ve zaman alıcıdır. Bu nedenle proses şemaları, günümüzde bilgisayar destekli olarak hazırlanmaktadır. Kimya mühendislerinin kullandığı programlardan CHEMCAD ve Apsen HYSYS paket programlarıdır. Kullanıcı ilgili akım şemasını bu programlarda rahatlıkla oluşturup akım ve ekipman spesifikasyonlarını yaptıktan sonra programı çalıştırıp istediği sonuca ulaşabilir. Bu sayede kendi yaptığı hesaplamalarla bilgisayar ortamında bulduğu sonuçları kıyaslama ve kendini kontrol etme fırsatı da bulmuş olur. Diğer taraftan bütün hesapları elle yaparken harcanan zamanla bilgisayar programı kullanarak yapılan hesaplama zamanı arasında fark olacağı çok açıktır. Yani bilgisayar kullanmanın sağlayacağı diğer yarar kullanıcıya zaman kazandırmasıdır. 2 2. KURUMSAL TEMELLER 2.1 Madde Denkliği Madde denkliği, Kütlenin Korunumu Yasası’na dayandırılarak kurulur. İlk olarak Lavoisier tarafından ortaya koyulan bu yasaya göre, çekirdek reaksiyonlarının söz konusu olmadığı işlemlerde kütle kaybolmaz ve yeni kütle oluşmaz. İşlem sırasında fiziksel ya da kimyasal değişimlerin oluşması, toplam kütlede bir değişiklik meydana getirmez. Bu yasaya göre kapalı bir sistem içinde yürüyen fiziksel ve kimyasal bütün işlemler için en genel halde aşağıdaki gibi (1) ifade edilir. Başlangıçtaki Maddelerin Kütlesi = Son Halde Bulunan Maddelerin Kütlesi (1) Kütle denkliği, yatışkın halde olan açık sistemler için de kurulabilir. Yatışkın haldeki sistem içinde madde birikimi söz konusu olmayacağından, birim zaman için eşitlik 2’deki gibi yazılabilir. Sisteme Giren Maddelerin Kütlesi = Sistemden Çıkan Maddelerin Kütlesi (2) Bir proseste veya işlemde, bilinmeyen değerleri hesaplamak amacıyla yeterli sayıda madde denkliği kurulmalıdır. Madde denkliği kurulurken aşağıdaki genel ilke ve kurallara uyulması gerekir. Kimyasal reaksiyonların söz konusu olmadığı işlemlerde, madde denkliğini hem elementlerle hem de bileşenlerle kurmak mümkündür. Kimyasal reaksiyonlarda bileşiklerle madde denkliği kurulamaz. Bu durumda madde denkliği, elementlerle veya toplam kütle üzerinden kurulmalıdır. Madde denkliği, kg ya da kmol gibi kütlesel birimlerle kurulmalıdır. Hacim, sıcaklık ve basınç etkisiyle değişebildiği için hacim eşitliği ile madde denkliği kurulamaz. Hesaplanması istenilen bilinmeyen sayısı kadar birbirinden bağımsız madde denklikleri kurulmalıdır. Bir bileşiği oluşturan iki element ya da bir çözeltiyi oluşturan iki bileşen gibi birbirine bağımlı olan öğelerle birden fazla bağımsız denklik kurulamaz. 3 2.2 Enerji Denkliği Maddenin fiziksel ve kimyasal hal değişimi ile birlikte daima enerji değişimi de söz konusu olur. Enerji değişimleri ilke olarak Termodinamiğin Birinci Yasasına dayanır. Bu yasaya göre fiziksel ve kimyasal işlemlerde enerji yaratılamaz ve mevcut olan enerji de yok edilemez. Enerji bir halden başka bir hale daima eşdeğer miktarlarda dönüşür. Bu yasa kütlenin korunumu yasasına benzetilerek, enerjinin korunumu yasası olarak da bilinir. Enerji maddeye, daha doğrusu maddenin belirlenmiş bir parçası olarak tanımlanan sisteme verilip alınabilir. Enerji alışverişi bakımından üç çeşit sistem söz konusudur: 1) İzole sistemlere çevresinden hiçbir şekilde enerji alışverişi yapılamaz. Bu tür sistemlerin toplam enerjileri sabittir. 2) Kapalı sistemlere kütle alışverişi yapılamadığı halde enerji alınıp verilebilir. 3) Açık sistemlere hem kütle hem de kütle ile birlikte her tür enerji verilip alınabilir. Enerji denkliği kurulurken sistemin türü göz önüne alınmalıdır. Açık sistemlerde birim zaman için enerji denkliği şöyledir. Sisteme giren enerji ± Sistem içinde biriken (veya boşalan) enerji = Sistemden çıkan enerji Kapalı sistemlerde veya yatışkın haldeki açık sistemlerde, sistem içinde birikme veya boşalma söz konusu olmadığından, doğrudan “Sisteme giren enerji= Sistemden çıkan enerji” denkliği yazılabilir. Sisteme ısı verildiğinde, sistem aldığı bu ısıyı üç şekilde kullanabilir. Sistem içinde hiçbir kimyasal reaksiyon ve faz değişimi söz konusu değilse, sisteme verilen ısı onun sıcaklığını artırmada kullanılır. Yalnızca sıcaklık değişimine neden olan bu ısıya “duyulan ısı” denir. Sistem içinde endotermik bir kimyasal reaksiyon oluşuyorsa, sisteme verilen ısı bu kimyasal reaksiyonun yürütülmesi için kullanılır. Bir kimyasal reaksiyon sırasında kullanılan veya açığa çıkan ısıya “kimyasal reaksiyon ısısı” denir. Endotermik reaksiyonlar ısı alır. 4 2.3 Proseste Yer Alan Ekipmanlar Karıştırıcı: Karıştırıcı ünitesi, üniteye giren akımların homojen bir şekilde karışmasını sağlar. Bu ünitede gerçekleşen olay fiziksel bir olaydır. Reaktör: Laboratuvarlarda ve kimya sanayiinde kimyasal tepkimelerin gerçekleştiği kap veya cihazlara reaktör denmektedir. Genellikle (cam), paslanmaz (çelik) veya kimyasal maddelerden etkilenmeyen herhangi bir alaşımdan yapılmışlardır. Prosesin gereksinimine göre, reaktörde sıtma, soğutma ve karışma aynı anda yapılabilmektedir. Değişik tipte reaktörler bulunmaktadır. Piston akışlı reaktörler, kesikli reaktörler, yarı-kesikli reaktörler, geri karıştırmalı reaktörler. Isı Değiştirici: Isı değiştiriciler, farklı sıcaklıklardaki iki veya daha fazla akışkan arasındaki ısı geçişini sağlayan cihazlardır. Eşanjör olarak da adlandırılmaktadır. Isı değiştiricilerinin çok çeşitli alanlarda, çok farklı amaçlar doğrultusunda geniş bir uygulama alanı ve bu nedenle de çok değişik tipleri vardır. En yaygın olarak gövde-boru, soğutucu ve ısıtıcı serpantin tipleri kullanılmaktadır. Akım Bölücü (Splitter): Bir sistemde akımların istenilen oranda (miktarda) dağıtılmalarını sağlayan ünitedir. Ayırıcı: Ayırıcı birimi, giren akımdan ayrılmak istenen bileşeni ayırma amacı ile kullanılır. Bu ünite genellikle bir damıtma kolonudur. Burada fiziksel bir ayrım gerçekleşir. 5 2.4 Proses Akış Diyagramı 6 3. TASARIM VERİLERİ 3.1 Proses Sorusu Şekilde elementer akım şeması verilen proses uygulanarak sentetik gaz karışımından CH4’ce zengin gaz karışımı üretilmesi düşünülmektedir. Reaktörde gerçekleşen tepkimeler aşağıda verilmiştir. CO + 3H2 CH4 + H2O (3) CO + H2O CO2 + H2 (4) İşletme verilerinden bazıları Çizelge 1’de verilmiştir. Buna göre; a) Tüm akımların molar akış hızlarını (N) ve her bir bileşenin mol kesirlerini (y) hesaplayıp sonuçları çizelge halinde veriniz. b) Aynı değerleri MatLab ortamında hesaplayan bir program yazıp sonuçları karşılaştırınız. c) Proses Akım Diyagramını ChemCAD ortamında çiziniz ve aynı sonuçları ChemCAD programı de elde ediniz. d) Proses Akım Diyagramının P&ID Diyagramını AutoCAD P&ID veya Smartdraw P&ID gibi bir yazılım ile oluşturunuz. 7 CO H2 1 2 K 3 R CO2 CH4 S 1 0 4 ID 9 5 8 H2O (sıvı) A 7 SP CO 6 H2 CO2 CH4 H2O K: Karıştırıcı, R: Reaktör, S: Soğutucu, ID: Isı Değiştirici, SP: Akım Bölücü (Splitter), A: Ayırıcı 8 3.2 Soru Verileri Grup D3 N6, kmol/h 990 α 0.94 Tref = 25oC j: Akım numarası (j=1,….,10) s: Bileşen (s=1,…5) N: Akımın toplam molar akış hızı (kmol/h) n: Bileşenin akış hızı (kmol/h) n(s,j) : j nolu akımdaki s bileşeninin molar akış hızı y: Bileşenin mol kesri 9 n n 5,8 5,7 4. SİSTEMİN MATEMATİK TANIMI ve ÇÖZÜMÜ 4.1 Analitik Çözüm Tüm Sistem Etrafında Temel: 1 saat alınmıştır. 6.akımın toplam molar akış hızı ) = 990 kmol/h C Denkliği 1. akım = 6. akım + 8. akım x (0.225 + 0.117 + 0.024) = x ( 0.05 + 0.27 + 0.5 ) = 990 kmol/h = 2218.032 kmol/h H denkliği 1. akım = 6. akım + 8. akım x ( 2 x 0.634 + 4 x 0.024 ) = x ( 2 x 0.090 + 4 x 0.500 ) + x ( 2 x 1) = 412.95 kmol/h O denkliği 1. akım = 6. akım + 8. akım x ( yCO,1 + 2yCO2,1 + yH2O,1) = x (yCO,6 + 2yCO2,6 + yH2O,6) + x (yH2O,8) 2218.032 kmol x (0.225 + 2 x 0.117 + 0) = 990 kmol x (0.050 + 2 x 0.270 + 0.090) + x (1) = 344.8766 kmol ≅ 345 kmol Verilen α = = 0.94 = = 0.94 = 412.95 kmol/h = 439.3085 kmol/h 10 = = 4588.3333 kmol/h 6. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 990 x 0.05 = 49.5 kmol = 990 x 0.09 = 89.1 kmol = 990 x 0.27 = 267.3 kmol = 990 x 0.5 = 495 kmol = 990 x 0.09 = 89.1 kmol 1. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 2218.032 x 0.225 = 499.0572 kmol = 2218.032 x 0.634 = 1406.2323 kmol = 2218.032 x 0.117 = 259.5097 kmol = 2218.032 x 0.024 = 53.2328 kmol = 0 kmol 8. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 0 kmol = 0 kmol = 0 kmol = 0 kmol = 345 kmol α = = 0.94 , ve olduğundan aşağıdaki eşitlikte yerine yazılır. = 0.94 = 367.02 kmol H2O’nun 7. akımdaki mol kesri = H2O‘nun 6. akımdaki mol kesri = 0.090 11 = = = 4078 kmol 7. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 203.9 kmol = 367.02 kmol = 1101.06 kmol = 2039 kmol = 367.02 kmol Akım Bölücü Etrafında T.K.D = 990 + 4588.3333 = 5578.3333 kmol/h 5. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 278.92 kmol = 502.05 kmol = 1506.15 kmol = 2789.17 kmol = 502.05 kmol Ayırıcı Etrafında T.K.D 4588.3333 = 412,95 + = 4175.3833 kmol/h Ayırıcı Etrafında Bileşen Denkliği x = x → 0,050 x 4078 = = 0.0488 12 x 4175.3833 x = → 0,090 x 4078 = x x 4175.3833 = 0.0879 x = x → 0,270 x 4078 = x 4175.3833 x → 0,500 x 4078 = x 4175.3833 x → 0,090 x 4078 = x 4175.3833 = 0.2637 x = = 0.4883 x = 0.0879 9. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 203.76 kmol = 3670.16 kmol = 1101.05 kmol = 2038.84 kmol = 367.02 kmol Isı Değiştirici Etrafında T.K.D = ile ve = mol kesirleri aynıdır, dolayısıyla akış hızları da birbirine eşittir. için de aynı durum söz konusudur. = 5578,3333 kmol ve = 3. Akım = 4. Akım = 5. Akım 13 = 4175.3833 kmol 10. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 203.76 kmol = 3670.16 kmol = 1101.05 kmol = 2038.84 kmol = 367.02 kmol 3. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 278.92 kmol = 502.05kmol = 1506.15 kmol = 2789.17 kmol = 502.05 kmol 4. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 278.92 kmol = 502.05kmol = 1506.15 kmol = 2789.17 kmol = 502.05 kmol Karıştırıcı Etrafında T.K.D kmol/h + 4175.3833kmol/h = 6393,4153 kmol/h x + 4175.3833 = x = x x 6393.4153 = 0.1099 14 → 0,225 x 2218.032 + 0.0488 x x + 4175.3833 = x → 0.634 x 2218.032 + 0.0879 x x x 6393.4153 = 0.2774 x + 4175.3833 = x = x → 0,117 x 2218.032 + 0,2637 x x → 0.024 x 2218.032 + 0.4883 x x 6393.4153 = 0.2128 x + 4175.3833 = x = x 6393.4153 = 0.3272 x + 4175.3833 = x = x → 0 x 2218.032 + 0.0879 x x 6393.4153 = 0.0574 2. Akımdaki Bileşenlerin Akış Hızı = 702.64 kmol = 1773.53 kmol = 1360.52 kmol = 2091.93 kmol = 366.98 kmol Analitik olarak hesaplanan değerler EK-1 Tablo 1’de verilmiştir. 15 4.2 MATLAB Çözümü EK-2’de MATLAB programıyla yapılmış olan sağlama görülmektedir. Çıkan sonuç aşağıda ve EK-1 Tablo 2’de verilmiştir. 1.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=2218.03 1.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n1CO=499.057, n1H2=1406.23, n1CO2=259.51, n1CH4=53.2328, n1H2O=0 1.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y1CO=0.225, y1H2=0.634, y1CO2=0.117, y1CH4=0.024, y1H2O=0 2.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=5945.62 2.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n2CO=702.662, n2H2=1772.72, n2CO2=1358.97, n2CH4=2089.28, y2CO2=0.228567, y2CH4=0.351397, n2H2O=21.9893 2.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y2CO=0.118181, y2H2=0.298156, y2H2O=0.0036984 3.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=5062.08 3.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n3CO=253.104, n3H2=455.588, n3CO2=1366.76, n3CH4=2531.04, n3H2O=455.588 3.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y3CO=0.05, y3H2=0.09, y3CO2=0.27, y3CH4=0.5, y3H2O=0.09 4.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=5062.08 16 4.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n4CO=253.104, n4H2=455.588, n4CO2=1366.76, n4CH4=2531.04, n4H2O=455.588 4.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y4CO=0.05, y4H2=0.09, y4CO2=0.27, y4CH4=0.5, y4H2O=0.09 5.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=5062.08 5.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n5CO=253.104, n5H2=455.588, n5CO2=1366.76, n5CH4=2531.04, n5H2O=455.588 5.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y5CO=0.05, y5H2=0.09, y5CO2=0.27, y5CH4=0.5, y5H2O=0.09 6.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=990 6.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n6CO=49.5, n6H2=89.1, n6CO2=267.3, n6CH4=495, n6H2O=89.1 6.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y6CO=0.05, y6H2=0.09, y6CO2=0.27, y6CH4=0.5, y6H2O=0.09 7.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=4072.08 7.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n7CO=203.604, n7H2=366.488, n7CO2=1099.46, n7CH4=2036.04, n7H2O=366.488 7.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y7CO=0.05, y7H2=0.09, y7CO2=0.27, y7CH4=0.5, y7H2O=0.09 8.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=344.498 17 8.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n8CO=0, n8H2=0, n8CO2=0, n8CH4=0, n8H2O=344.498 8.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y8CO=0, y8H2=0, y8CO2=0, y8CH4=0, y8H2O=1 9.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=3727.59 9.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n9CO=203.604, n9H2=366.488, n9CO2=1099.46, n9CH4=2036.04, n9H2O=21.9893 9.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y9CO=0.0546209, y9H2=0.0983177, y9CO2=0.294953, y9CH4=0.546209, y9H2O0.00589906 10.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=3727.59 10.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları: n10CO=203.604, n10H2=366.488, n10CO2=1099.46, n10CH4=2036.04, n10H2O=21.9893 10.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri: y10CO=0.0546209, y10H2=0.0983177, y10CH4=0.546209, y10H2O=0.00589906 Reaktörün CO ya göre dönüşüm oranı = 0.639792 18 y10CO2=0.294953, 5. TARTIŞMA VE YORUM Projede verilen verilerden yola çıkarak prosesin işletme koşullarının belirlenmesi, kütle denkliklerinin kurulması ve çözülmesi, proseste yer alan akımların bileşimlerinin hesaplanması ve prosesin ana hatlarıyla ortaya koyulması amacıyla analitik, MATLAB ve CHEMCAD programları yardımıyla yapılan bu hesaplamalar doğrultusunda her akım için molar yüzde kesirleri ve toplam molar akış hızları kmol/h biriminden hesaplanmıştır. Analitik hesaplamalar 1 saat için baz alınarak yapılmış olup EK-1 Tablo 1’de verilmiştir. MATLAB ile yapılan hesaplamalar ise EK-1 Tablo 2 ‘de verilmiştir. MATLAB programında kullanılmış olan kaynak kod EK-2’de verilmiştir. CHEMCAD’de program çalıştırılmış ve bulunan sıcaklıklar EK-1 Tablo 1 ‘de gösterilmiştir. Bu hesaplamalar analitik hesaplarımızda bazı yanlışlıklar olduğunu göstermiştir. Analitik hesaplamalar kısas alınmayıp MATLAB programı yardımıyla bulunan sonuçlar değerlendirilecek olursa karbon monoksit dönüşüm oranı %64’dür. Bu tepkimenin verimli bir şekilde gerçekleştiğini göstermektedir. Bu oranı artırmak için katalizör kullanılabilir. Ya da tepkime eş hız eğrilerine bakılarak en uygun sıcaklık aralıklarında reaktörü kurabiliriz. Diğer bir seçenek ise reaktör tasarımının uygunluğuna bakmak olabilir. Eğer uygun değilse daha iyi bir reaktör tasarlayabiliriz. 19 6. KAYNAKÇA [1] FELDER, Richard M., ROUSSEAU, Ronald W., BULLARD, Lisa G., “Felder’s Elementary Principles of Chemical Processes”, Global Edition, 4th Edition, John Wiley& Sons, Singapore, 2017, sf 11-27 [2] LEVENSPIEL, Octave, Kimyasal Tepkime Mühendisliği, Üçüncü Baskıdan Çeviri, Palme Yayıncılık, Ankara, 2016, sf 41-45 [3] Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü KYM205 Mass and Energy Balances Ders Notları [4] Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü KYM306 Reaksiyon Mühendisliği Ders Notları [5] Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü CHE331 Proses Benzetim Uygulamaları Ders Notları [6] Ankara Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü CHE138 Bilgisayar Programlama Ders Notları [7] GEANKOPLIS, Christie John, “Transport Processes and Seperation Processes Principles”, 4th Edition, Prentice Hall, New Jersey, Amerika Birleşik Devletleri, Ağustos 2019 14. Baskı, sf:35-43 20 EK – 1 Tablo 1. Analitik olarak hesaplanmış değerler Akım 1 No y 2 3 N y N y 499,0 0,109 702,6 572 9 4 1406, 0,277 1773, 2323 4 53 259,5 0,212 1360, 097 8 52 53,23 0,327 2091, 28 2 93 0,057 366,9 4 8 4 N y 5 N y 6 N 7 y N y 8 N y 9 N y 10 N y N Bileşen CO H2 CO2 CH4 H2O 1 2 3 4 5 0.225 0.634 0.117 0.024 0 0 0,05 0,09 0,27 0,5 0,09 278,9 2 502,5 1506, 15 2789, 17 502,0 5 0,05 0,09 0,27 0,5 0,09 278,9 2 502,5 1506, 15 2789, 17 502,0 5 0,05 0,09 0,27 0,5 0,09 278,9 2 502,5 1506, 15 2789, 17 502,0 5 0.050 49,5 0,05 0.090 89,1 0,09 0.270 267,3 0,27 0.500 495 0,5 0.090 89,1 0,09 203,9 367,0 2 1101, 06 2039 367,0 2 0 0 0 0 0 0 0 0 1 345 0,048 203,7 0,048 8 6 8 0,087 3670, 16 0,087 0,263 1101, 0,263 7 05 7 0,488 2038, 0,488 3 84 3 0,087 367,0 0,087 9 2 9 203,76 3670,16 1101,05 2038,84 367,02 Toplam 2218,032 6295,6 5578,33 5578,33 5578,33 990 4078 345 4078 32 32 4078 (kmol/h) T, oC 94 182 560 230 94 94 94 21 220 Tablo 2. MATLAB’da bulunan değerler Akım 1 No y 2 N y 3 N y 4 N y 5 N y 6 N y 7 N y 8 N y 9 N y 10 N y N Bileşen CO H2 CO2 CH4 H2O 1 2 3 4 5 0,225 0,634 0,117 0,024 0 499,0 57 1406, 23 259,5 1 53,23 28 0 0,12 0,3 0,23 0,35 702,6 62 1772, 72 1358, 97 2089, 28 0,003 21,98 6 93 0,05 0,09 0,27 0,5 0,09 253,1 04 455,5 88 1366, 76 2531, 04 455,5 88 0,05 0,09 0,27 0,5 0,09 253,1 04 455,5 88 1366, 76 2531, 04 455,5 88 0,05 0,09 0,27 0,5 0,09 253,1 04 455,5 88 1366, 76 2531, 04 455,5 88 0.050 49,5 0,05 0.090 89,1 0,09 0.270 267,3 0,27 0.500 495 0,5 0.090 89,1 0,09 203,6 04 366,4 88 1099, 46 2036, 04 366,4 88 0 0 0,055 0 0 0,098 0 0 0,295 0 0 0,546 344,4 0,005 98 9 1 203,6 0,055 203,604 0,098 366,488 0,295 1099,46 0,546 2036,04 21,98 0,005 21,9893 93 9 04 366,4 88 1099, 46 2036, 04 Toplam 2218,03 5945,62 5062,08 5062,08 5062,08 990 (kmol/h) 22 4072,08 344,498 3727,59 3727,59 EK-2 clc clear N6=990; alfa=0.94; tasarim=fopen('tasarim.txt','w'); y6CO=0.05 , y6H2=0.09 , y6CO2=0.27 , y6CH4=0.5 , y6H2O=0.09; y1CO=0.225 , y1H2=0.634 , y1CO2=0.117 , y1CH4=0.024 , y1H2O=0; N1=(N6*(y6CO+y6CO2+y6CH4))/(y1CO+y1CO2+y1CH4) ; N8=(N1*(y1H2*2+y1CH4*4+y1H2O*2)-(N6*(y6H2*2+y6CH4*4+y6H2O*2)))/2 ; n7H20=N8/alfa; N7=n7H20/0.09; N5=N6+N7; N3=N5; N4=N5; y8CO=0; y8H2=0; y8CO2=0; y8CH4=0; y8H2O=1; y3CO=y6CO; 23 y3H2=y6H2; y3CO2=y6CO2; y3CH4=y6CH4; y3H2O=y6H2O; y4CO=y6CO; y4H2=y6H2; y4CO2=y6CO2; y4CH4=y6CH4; y4H2O=y6H2O; y5CO=y6CO; y5H2=y6H2; y5CO2=y6CO2; y5CH4=y6CH4; y5H2O=y6H2O; y7CO=y6CO; y7H2=y6H2; y7CO2=y6CO2; y7CH4=y6CH4; y7H2O=y6H2O; N9=N7-N8; N10=N9; 24 N2=N10+N1; n1CO=N1*y1CO; n1H2=N1*y1H2; n1CO2=N1*y1CO2; n1CH4=N1*y1CH4; n1H2O=N1*y1H2O; n5CO=N5*y5CO; n5H2=N5*y5H2; n5CO2=N5*y5CO2; n5CH4=N5*y5CH4; n5H2O=N5*y5H2O; n3CO=N3*y3CO; n3H2=N3*y3H2; n3CO2=N3*y3CO2; n3CH4=N3*y3CH4; n3H2O=N3*y3H2O; n4CO=N4*y4CO; n4H2=N4*y4H2; n4CO2=N4*y4CO2; n4CH4=N4*y4CH4; n4H2O=N4*y4H2O; 25 n6CO=N6*y6CO; n6H2=N6*y6H2; n6CO2=N6*y6CO2; n6CH4=N6*y6CH4; n6H2O=N6*y6H2O; n7CO=N7*y7CO; n7H2=N7*y7H2; n7CO2=N7*y7CO2; n7CH4=N7*y7CH4; n7H2O=N7*y7H2O; n8CO=N8*y8CO; n8H2=N8*y8H2; n8CO2=N8*y8CO2; n8CH4=N8*y8CH4; n8H2O=N8*y8H2O; n9CO=n7CO; n9H2=n7H2; n9CO2=n7CO2; n9CH4=n7CH4; n9H2O=n7H2O-n8H2O; y9CO=n9CO/N9; 26 y9H2=n9H2/N9; y9CO2=n9CO2/N9; y9CH4=n9CH4/N9; y9H2O=n9H2O/N9; n10CO=n9CO; n10H2=n9H2; n10CO2=n9CO2; n10CH4=n9CH4; n10H2O=n9H2O; y10CO=y9CO; y10H2=y9H2; y10CO2=y9CO2; y10CH4=y9CH4; y10H2O=y9H2O; N2=N10+N1; n2CO=n10CO+n1CO; n2H2=n10H2+n1H2; n2CO2=n10CO2+n1CO2; n2CH4=n10CH4+n1CH4; n2H2O=n10H2O+n1H2O; y2CO=n2CO/N2; 27 y2H2=n2H2/N2; y2CO2=n2CO2/N2; y2CH4=n2CH4/N2; y2H2O=n2H2O/N2; reactordonusum=(n2CO-n3CO)/n2CO; fprintf(tasarim,'1.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N1) fprintf(tasarim,'1.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n1CO=%g, n1H2=%g, n1CO2=%g, n1CH4=%g, n1H2O=%g\n', n1CO, n1H2, n1CO2,n1CH4,n1H2O) fprintf(tasarim,'1.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y1CO=%g, y1H2=%g, y1CO2=%g, y1CH4=%g, y1H2O=%g\n\n', y1CO, y1H2, y1CO2,y1CH4,y1H2O) fprintf(tasarim,'2.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N2) fprintf(tasarim,'2.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n2CO=%g, n2H2=%g, n2CO2=%g, n2CH4=%g, n2H2O=%g\n', n2CO, n2H2, n2CO2,n2CH4,n2H2O) fprintf(tasarim,'2.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y2CO=%g, y2H2=%g, y2CO2=%g, y2CH4=%g, y2H2O=%g\n\n', y2CO, y2H2, y2CO2,y2CH4,y2H2O) 28 fprintf(tasarim,'3.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N3) fprintf(tasarim,'3.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n3CO=%g, n3H2=%g, n3CO2=%g, n3CH4=%g, n3H2O=%g\n', n3CO, n3H2, n3CO2,n3CH4,n3H2O) fprintf(tasarim,'3.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :=%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y3CO=%g, y3H2=%g, y3CO2=%g, y3CH4=%g, y3H2O=%g\n\n', y3CO, y3H2, y3CO2,y3CH4,y3H2O) fprintf(tasarim,'4.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N4) fprintf(tasarim,'4.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n4CO=%g, n4H2=%g, n4CO2=%g, n4CH4=%g, n4H2O=%g\n', n4CO, n4H2, n4CO2,n4CH4,n4H2O) fprintf(tasarim,'4.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y4CO=%g, y4H2=%g, y4CO2=%g, y4CH4=%g, y4H2O=%g\n\n', y4CO, y4H2, y4CO2,y4CH4,y4H2O) fprintf(tasarim,'5.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N5) fprintf(tasarim,'5.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n5CO=%g, n5H2=%g, n5CO2=%g, n5CH4=%g, n5H2O=%g\n', n5CO, n5H2, n5CO2,n5CH4,n5H2O) 29 fprintf(tasarim,'5.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y5CO=%g, y5H2=%g, y5CO2=%g, y5CH4=%g, y5H2O=%g\n\n', y5CO, y5H2, y5CO2,y5CH4,y5H2O) fprintf(tasarim,'6.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N6) fprintf(tasarim,'6.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n6CO=%g, n6H2=%g, n6CO2=%g, n6CH4=%g, n6H2O=%g\n', n6CO, n6H2, n6CO2,n6CH4,n6H2O) fprintf(tasarim,'6.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y6CO=%g, y6H2=%g, y6CO2=%g, y6CH4=%g, y6H2O=%g\n\n', y6CO, y6H2, y6CO2,y6CH4,y6H2O) fprintf(tasarim,'7.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N7) fprintf(tasarim,'7.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n7CO=%g, n7H2=%g, n7CO2=%g, n7CH4=%g, n7H2O=%g\n', n7CO, n7H2, n7CO2,n7CH4,n7H2O) fprintf(tasarim,'7.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y7CO=%g, y7H2=%g, y7CO2=%g, y7CH4=%g, y7H2O=%g\n\n', y7CO, y7H2, y7CO2,y7CH4,y7H2O) fprintf(tasarim,'8.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N8) 30 fprintf(tasarim,'8.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n8CO=%g, n8H2=%g, n8CO2=%g, n8CH4=%g, n8H2O=%g\n', n8CO, n8H2, n8CO2,n8CH4,n8H2O) fprintf(tasarim,'8.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y8CO=%g, y8H2=%g, y8CO2=%g, y8CH4=%g, y8H2O=%g\n\n', y8CO, y8H2, y8CO2,y8CH4,y8H2O) fprintf(tasarim,'9.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N9) fprintf(tasarim,'9.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n9CO=%g, n9H2=%g, n9CO2=%g, n9CH4=%g, n9H2O=%g\n', n9CO, n9H2, n9CO2,n9CH4,n9H2O) fprintf(tasarim,'9.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y9CO=%g, y9H2=%g, y9CO2=%g, y9CH4=%g, y9H2O=%g\n\n', y9CO, y9H2, y9CO2,y9CH4,y9H2O) fprintf(tasarim,'10.Akımın Toplam Molar Akış Hızı=%g\n', N10) fprintf(tasarim,'10.Akımın Bileşenlerinin Molar Akış Hızları :%g\n') fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'n10CO=%g, n10H2=%g, n10CO2=%g, n10CH4=%g, n10H2O=%g\n', n10CO, n10H2, n10CO2,n10CH4,n10H2O) fprintf(tasarim,'10.Akımın Bileşenlerinin Mol Kesirleri :%g\n') 31 fprintf(tasarim,'\n') fprintf(tasarim,'y10CO=%g, y10H2=%g, y10CO2=%g, y10CH4=%g, y10H2O=%g\n\n', y10CO, y10H2, y10CO2,y10CH4,y10H2O) fprintf(tasarim,'Reaktörün CO ya gore donusum orani=%g', reactordonusum) fclose(tasarim) 32