ANKARA ÜNİVERSİTESİ
KİMYA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ
SENTETİK GAZ KARIŞIMINDAN METANCA ZENGİN GAZ KARIŞIMI
ÜRETİMİ
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