tasarim Çikacak

8/13/2019 TASARIM IKACAK

1/41

T.C.

HTT NVERSTES

MHENDSLK FAKLTES

KMYA MHENDSL BLM

KMYA MHENDSL TASARIMI- 1 DERS

REAKTR TASARIMI

RAPORU

GRUP-8 (N.)

104240355 EMNE DAYAR

094240012 SUNA DA

094240017 GLAH ZBEK

094240034 BANU AZILI

094240039 SMAL KAYNAR

EKM, 2012

ORUM


2/41

1

1. BENZEN VE TREVLER1.1.Benzen

Benzen aren veya aromatik hidrokarbonlar olarak adlandrlan organik bileiklersnfnn en basit yesi. Renksiz alevlenebilen kaynama noktas 80 1 C erime noktas 5 5C olan bir svdr. Benzenin nicel element analizi: % 92,3 C ve % 7,7 H dr.Molekler formlC6H6'dr. Buhar younluuna gre tayin edilen molekl arl 78 g/ moldr. Benzenendstriyel bakmdan kymetli olduu gibi yaps bakmndan da kimya almalarndanemlidir. Kan hcrelerini ldrme etkisi olduundan kanser yapan bileikler arasna girer.Eskiden balina yann s etkisiyle bozunmasndan elde edilen gaz basnla evleregnderilir ve aydnlatmada kullanlrd. Bu gazdan yams bir ksm kalrd. Benzen 1825ylnda Michael Faraday tarafndan bu yams ksmda kefedildi. Yaklak sekiz sene sonrabaka aratrmaclar ayn maddeyi benzoik asidin kirele oksidasyonundan elde ettiler.1845'te August Wilhelm von Hofmann benzen diye adlandrd ayn maddeyi elde etmekiin kmr katran kulland.

Benzen karbon atomlarnn dzlemde dzgn altgen eklinde dizilmesinden meydanagelen bir yapya sahiptir. Karbonlar arasnda mesafe 1397 angstrmdr. Kelerde bulunanher karbon atomuna bir hidrojen atomu baldr. Ayrca deiik konformasyon yaplarndabulunabilir. Uzaysal olarak ekli dzlemsel ekline oranla olduka farkldr.

Benzen,karbon atomlarnn dzlemde dzgnaltgeneklinde dizilmesinden meydanagelen bir yapya sahiptir. Karbonlar arasnda mesafe 1397 angstrmdr. Kelerde bulunan

her karbon atomuna birhidrojen atomu baldr. Ayrca deiik konformasyon yaplarndabulunabilir. Uzaysal olarak ekli dzlemsel ekline oranla olduka farkldr

Kekul-Benzol'en tarihi Forml.[1]

Kekul-Benzol'en tarihi Forml.

Tepkime yetenei

Benzenin yapsnn kimyasal tepkimelere ne ekilde bir tepki gsterdii zerineyaplan almalarn organik kimya teorilerinin gelimesinde nemi byk olmutur.Hidrojen atomlarnn karbon atomlarna orannn byle dk olduu bir bileikten umulankatlma tepkimeleri benzende olmaz. Benzenin gsterdii tipik tepkimelerden biri

substitsyon tepkimeleridir. Bu tepkime bir aktif grubun benzendeki bir hidrojeni karponun yerine gemesi eklinde gerekleir. Bu davran izah etmek alt elektronun (benzende
http://tr.wikipedia.org/wiki/Karbonhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Alt%C4%B1genhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Alt%C4%B1genhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Hidrojenhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Benzen#cite_note-August-0http://tr.wikipedia.org/wiki/Benzen#cite_note-August-0http://tr.wikipedia.org/wiki/Benzen#cite_note-August-0http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/w/index.php?title=Dosya:Historic_Benzene_Formulae_Kekul%C3%A9_(original).png&filetimestamp=20100816163813http://tr.wikipedia.org/wiki/Benzen#cite_note-August-0http://tr.wikipedia.org/wiki/Hidrojenhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Alt%C4%B1genhttp://tr.wikipedia.org/wiki/Karbon


3/41

2

varm gibi gsterilen 3 tane ifte badan ileri gelen) belli karbonlarda deil btn benzenkarbonlarna dalm olduunu dnmekle mmkn olur. Elektronlarn byle dalmolmas (belli karbonlarda olmamas) molekln kararl olmasn salar ve yine bu moleklnfiziksel ve kimyasal zelliklerini belirler.

Elde edilii

Benzenin sbstitsyon (yer deitirme) tepkimeleri olduka nemlidir. nk aromatik bileiklerin pek ou bu tepkimelerle teekkl ettirilir. kinci Dnya Sava'ndannce benzenin nemli kayna maden kmrnden elde edilen katran idi. kinci DnyaSava srasnda benzen ve bununla ilgili aromatik hidrokarbonlara (toluen ksilen vb.)

duyulan byk ihtiya sebebiyle baka kaynaklar aranmaya baland. Bugn Amerika'daretilen benzenin % 75'i petrolden olup toluenin (C6H5-CH3) veya toluen ihtiva edenpetroln dealkilizasyonu ilemi ile yaplmaktadr. Bu ilem hidrojen kullanmay yksekscakl basnc ve bir de katalizr gerektirmektedir. kinci bir metod naftence zenginpetroln yksek scaklk ve basnta dehidrojenlenmesidir. Benzen fenol'nindirgenmesiyle ve asetilenin trimerizasyonundan elde edilir.

Kullanl

Benzen sanayide plastik imalinde kullanlan stiren ve fenolun sentezinde balangmaddesi olarak naylon bileenlerinde sentetik deterjan imalinde kullanlr. Uakbenzinlerinde boya yapmaya yarayan anilinin balang maddesi ve bcek ldrc olarakda benzen kullanlr. Benzen ayn zamanda iyi bir zcdr

Hammaddesi

Benzen ve toluen yada ksilen gibi homologlar Ham petrollerde bulunur fakat fizikselayrlmadaki ve kk miktardaki geri kazanma oran gibi olumsuzluklardan dolaygenellikle ekonomik olarak uygulanabilir deildir.Benzen,toluen ve ksilen gibi aromatik

kimyasallarn balca ticari kayna kmr ve petroldr. Bu maddeler benzinin zelliinigelitirmek iin ya da petrokimyasal rnlerde ara rn olarak kullanlr. Ayrca kmr gibikilli ist ve kumlarn temin edebildikleri katran gibi gizli yalara sahip dier kat enerjiyaktlarndan benzen retiminin gelimesi iin kaynaklardr.

retimi

kinci dnya sava ncesinde ticari olarak benzen Amerika ve dier birok lkede

kmr endstrisinden saland.Bu kmrn pirolizi ile elde edilen metalurjik koktarafndan gaz ve aromatik svy retilerek benzen ve ilikili aromatikler ekme ve


4/41

3

damtmayla saflatrlarak yapld. Benzen toluen,ksilen gibi rnlerin dkkonsantrasyonda olmas ham petrol blmlerini potansiyel olarak ekonomik olmaktankarmtr.Yeni proseslerin retilmesiyle birlikte benzen ve homologlarnn retimi iinpetrol bir hammadde olarak daha nemli oldu. . Katran kumlarndan treyen sentetikpetrollerde nafta kesrindeki hafif aromatiklerin konsantrasyonu arttrlabilir.

Kmrden retimi

Hafif yan bir tipik kompozisyonu olan (hacimce% ) benzen (63), toluen (13), ksilenler(8), ar aromatikler (10), aromatik olmayanlar (6) olarak kok frn operasyonda retilmitir.700 Cden dk scaklklarda karbonizasyon prosesi zellikle doal gaz petrol ve dierenerji formlarnn gelimesinden nce Avrupann sanayilemesinde nemli yere sahipti.

Havada gaz ve kok frn operasyondan svlar bir ayrlma sistem yoluyla geerler.C5 vedaha hafif bileenler zenginliinin arttrld bir geri kazanma sistemiyle kmrkatranlarndan ayrlarak btxten havaya geer. BTX kesri yksek kaynama noktasna sahip

olan (genellikle 300 400 c) petrol kesrinden absorpsiyonla C5 ve daha hafif gazlardankurtarlr.BTX'in geri kazanmas absorplayc yadan oluan buharn syrlmasylayaplabilir.BTX havada younlatrlarak su ile ayrlr.

Petrolden retimi

Petroln catalitic reforming ve ssal paralanmas benzen,toluen,ksilenin ve dahayksek aromatiklerin retimi iin 1930-1940larda avantajl yeni bir kaynak oldu.

Catalitic Reforming ile Petrolden Benzen retimi

retimin ihtiyac karlayamamasndan dolay yeni prosesler gelitirilerek kapasite veverim arttrld.Kimyasal reaksiyonlar aromatik naftenlerin dehidrojenasyonu ya daalkilnaftenlerin izomerletirmesini ierir. Tepkime olduka yavatr ve ilem artlartepkimeyi ekonomik yapamaz.Alkillenmi aromatiklerin dealkilasyonu az miktardameydana gelebilir

Benzinden Piroliz ile Aromatiklerin retimi

Ksa srede parafin gazlarnn ,nafta,gaz ya yada dier hidrokarbonlarn yada

etilenin yksek scaklkta paralanmas gibi benzinin pirolizi BTX retimi iin dier birmkemmel kaynaktr.Benzinin piroliziyle oluan BTX bileimi %60tan fazladr. Yksekscaklktan dolay etilen retim iin gerekli benzinin pirolizi dier doymam ve diolefinleriierir.

Polimerize ve depolimerizeye eilimleri glklere neden olabilmesine ramen dahaalak kaynama noktasna sahip diolefinler damtmayla karlabilir. Bu nedenle tepkime ikibasamakta gerekletirilir.Tepkimenin ilk aamasnda bir yumuak huylu seicihydrotreating diolefinleri olefinlere dntrr.kinci aamada olefinler doyurulur ve artanslfr ortadan kaldrlr.


5/41

4

Benzen ve etilenin sv faz alkilasyonunu takiben etil benzeninoksidatif dehidrojenasyonu ile Stiren retimi

Benzen ve etilenin sv faz alkilasyonununu ve etilbenzenin oksidatifdehidrojenasyonu kapsayan bu entegre retim ynteminin lisansr LummusCrest/Monsanto/UOP firmalardr. Dehidrojenasyon nitesinde, alkilasyon nitesindengelen etilbenzen aamal bir prosesle 625 C scaklkta, 8-13,5 psia basnta dehidrojeneedilmektedir. Dehidrojenasyon nitesinde toplam etilbenzen dnm % 82,5 olup, oluanCH2 CH3+ CH2 = CH2106Benzen Etilen Etil BenzenCH2 CH3 CH = CH2+ H2

Etil Benzen Stiren 9 hidrojenin yaklak % 53 oksidize edilmektedir. Bu prosestereaksiyon ss buhar ile salanmakta, Stiren verimi benzene gre % 94,7 ve etilene gre %93,7 olmaktadr.

Benzen ve etilenin buhar faz alkilasyonunu takiben etilbenzenin adiyabatik dehidrojenasyonu ile Stiren retimi

Dehidrojenasyon nitesinde, alkilasyon nitesinden gelen etilbenzen birbirine seri

bal iki reaktrde 626-641 C scaklkta dehidrojene edilmektedir. Bu proseste reaksiyonss buhar ile salanmakta, stiren verimi benzene gre % 95,1 ve etilene gre % 94,9olmaktadr.

Benzen ve etilenin buhar faz alkilasyonunu takiben etilbenzenin izotermal dehidrojenasyonu ile Stiren retimi

Dehidrojenasyon nitesinde, alkilasyon nitesinden gelen etil benzen multi-tubular birreaktrde 620 C scaklkta ve vakum altnda dehidrojene edilmektedir. Bu prosestereaksiyon ss lityum, potasyum ve sodyum karbonattan oluan tuz eriyii ilesalanmakta,stiren verimi benzene gre % 94,1 ve etilene gre % 93,8 olmaktadr.


6/41

5

Btadienin sv faz dimerizasyonu ile elde edilen 4-vinilsiklohekzenin gaz faz oksidatif dehidrojenasyonu ileStiren retimi

Sv faz dimerizasyon nitesinde, ham C4 akm iinde bulunan btadienin % 90nUOP firmasnn zeolitik bir katalizr kullanlarak 100 C scaklkta ve 270 psia basnta 4-vinilsiklohekzene dntrlmektedir. Dehidrojenasyon nitesinde, dimerizasyonnitesinden gelen 4-vinil siklohekzen Sn/Sb oksidasyon katalizr kullanlarak 400 Cscaklkta, 90 psia basnta stirene dntrlmektedir. Her iki nitede de multi-tubularreaktr kullanlmaktadr. Bu proseste stiren verimi % 83dr. Dimerizasyon vereaksiyonlar aada verilmektedir.2 CH2 = CH CH = CH2 C6H9 CH = CH21,3-Btadien 4-vinilsiklohekzen

C6H9 CH = CH2 + O2 C6H5CH = CH2 + 2 H2O4-vinilsiklohekzen Stiren

Toluen oksidasyonu ile stilben eldesi ve stilbenindisproporsiyonu ile Stiren retimi

Stiren retiminde alternatif bir yol olan bu proseste, toluen oksidasyonu ile elde

edilen stilbenin disproporsiyonu ile stiren retimi gerekletirilmektedir.

2 C6H5CH3 + O2C6H5CH=CHC6H5 + 2 H2OToluen StilbenC6H5CH=CHC6H5 C6H5CH=CH2 + C6H6Stilben Stiren Benzen

Etilbenzenin hidroperoksite oksidasyonu ile elde edilenhidroperoksitin propilen ile reaksiyonu sonucu elde edilen a-

metilbenzilalkolun dehidrasyonu ile Stiren retimiHidroperoksidasyon prosesi olarak bilinen bu alternatif Stiren retim prosesinin

lisansr Shell ve Arco firmalardr. Bu proseste, etilbenzenin sv faz oksidasyonu ileetilbenzenhidroperoksit (EBHP), a-metilbenzilalkol(MBA) ve asetopenon (ACP) eldeedilir.EBHP propilen ile reaksiyona girerek propilen oksit ve MBA elde edilir. Bureaksiyonda Mo veya Ti esasl katalizrler kullanlmaktadr. Oksidasyon reaksiyonu sonucuoluan ACP 90155 C scaklkta ve 1200 psia basnta hidrojene edilerek BA elde edilir.MBAnn dehidrasyonu sonucu Stiren elde edilir. Dehidrasyon reaksiyonunda genelliklekatalizr olarak almina, reaksiyon ortam olarak tri-fenilmetan kullanlmaktadr. Bualternatif Stiren retim ynteminin reaksiyonlar aada verilmektedir.C6H5CH2CH3 + O2 C6H5CH(CH3)OOHEtilbenzen Etilbenzenhidroperoksit (EBHP)


7/41

6

C6H5CH2CH3 + O2 C6H5CH(CH3)OHEtilbenzen a-metil benzil alkol (MBA)C6H5CH2CH3 + x O2 (C6H5)CO(CH3) + asitlerEtilbenzen Asetopenon (ACP)C6H5CH(CH3)OOH + C3H6 C3H6O +C6H5CH(CH3)OH

EBHP Propilen MBA(C6H5)CO(CH3) + H2 C6H5CH(CH3)OHACP MBAC6H5CH(CH3)OH C6H5CH=CH2 + H2OMBA Stiren11

Dier Alternatif Stiren retim Prosesleri

a-metil fenilasetaldehitin paladyum katalizr ile 150C scaklktadekarnonilasyonu sonucu stiren eldesi: Bu proseste dnm % 78 olup ticariuygulamas yoktur.

Toluen ve metann oksidatif birleme (coupling) reaksiyonu ile stiren eldesi: 5001000 C scaklk ve 15-450 psia basn aralnda gerekletirilen bu reaksiyonda,toluen dnm % 29-45, stiren seicilii %10-25 aralndadr. Bu yntem,ticari olarak uygulanmamaktadr.

Toluen ve asetonun pirolizi sonucu stiren eldesi: 700900 C scaklkta buharortamnda gerekletirilen piroliz reaksiyonunda toluen dnm % 40, stirenseicilii % 38 olup, en byk yan rnler etilbenzen ve benzendir. Bu retimyntemi ticari olarak uygulanmamaktadr.

Toluenin formaldehit veya metanol ile alkilasyonu ile stiren eldesi: 400-450 Cscaklkta zeolit katalizr kullanlarak gerekletirilen alkilasyon reaksiyonlarndatoluen dnm % 15-30, stiren seicilii %13-33 olup en byk yan rnetilbenzendir. Bu retim yntemi ticari olarak uygulanmamaktadr.

Benzen ve etilen oksitin alkilasyonu ile stiren eldesi: 315440C scaklkta ve 7075 psia basnta aluminosilikat tipi katalizr kullanlarak gerekletirilenalkilasyon reaksiyonunda etilen dnm % 4-12 aralndadr. Bu retim

yntemi ticari olarak uygulanmamaktadr.Etilen veya n-oktann aromatizasyonu ile stiren eldesi: Etilenin 850C scaklktagerekletirilen aromatizasyon reaksiyonunda etilen dnm % 87,5, stirenseicilii % 36,6 olup, benzen, naftalin ve toluen yan rn olarak retilmektedir.

Ayrca, n-oktan 550C scaklkta ve 1 mmHg basncnda Pt/In ieren ZSM-5zeolitik katalizr kullanlarak gerekletirilen aromatizasyon reaksiyonundanoktandnm % 99,4, stiren seicilii % 64,3dr. Bu retim yntemleri ticariolarak uygulanmamaktadr.


8/41

7

RETMDE VERM ARTTIRMA YNTEMLERKullnan yntemlerin arasnda hidrodealkilasyon,disproportionation ya da bunlarn

kombinasyonlaryla ilemden geirilir.

HDRODEALKLASYON

Toluen veya daha byk ve karmak benzenli molekllerden elde edilebilir.

TERMAL DEALKLASYON PROSESLER

DETOL PROSES

HYDEAL PROSES

HDA PROSES

THD PROSES

MHC PROSES

Bu iemlerde katalitik bozunma scaklndan daha yksek scaklklarda allr,fakatrnler ve reaksiyon sistemleri de birbirine benzer.

DISPROPORTINATION


9/41

8

Prosesin gelitirilmesi oransz ya da transalkillenmi alkillenmi aromatiklerin retimiyaplr.

Doymu hidrokarbonlarn blm olan (fp 5.45 c) yksek saflkn benzen ve 10-9 dandaha dk bir oranla ksileni retilirler.Besleme C9 ve C10 serisiyle snrlandrldnda,benzen toluen ve ksilen karm oluur.Oluan karmn yaklak %97si toluendir.

DEALKLASYON PROSES KOMBNASYONLARI

Pyrotol ve Litol proseslerinin ikisinde de ssal tepkime iki basamaktan oluur.Hafif hamyadaki C5 ve daha hafif blm havayla ayrlr,sonra ve c6 c8 blm buharlatrl sonra c9daha ar olduundan ve dipte kalr. Ilk aamada diolefinler ve stiren hidrojenlenir.

Ardndan litol chromia alumina katalizrle balant kurar, kkrt giderme hidrokrakingve dealkilasyonun meydana geldii yerden dar akan madde 500 600 Cscaklktadr.Donma noktas 5.5 C ve % 99.97 saflkta ve 0.5 ppm den daha az tiyofen ierenbenzen elde edilir.

Mobil Chemical Co. low-temperaturedisproportionation process (LTD) ilemi ile260 C

den daha dk scaklkta yksek etkinlikte zeolit tabanl katalizr kullanan bir prosesgelitirmitir.

AYIRMA VE SAFLATIRMA

Yksek scaklk retilen Kmr karbonizasyonundaki ve benzinin pirolizindeki hafifyalar ve dienler olefinler slfr kk miktarada azot ve oksijen gibi kirlilikleri tanmakiin etilen kullanlarak kalitesi arttrlr ve aromatik bileenler ayrlr.

Stirenin Mevcut Durumu

Trkiyede stiren retimi yaplmad iin yurtii stiren talebi ithalatlakarlanmaktadr. Stiren yurdumuzda PS, SBR gibi sektrlerde ve dier alanlarda (doymampolyester reineleri, koruyucu kaplamalar v.b. gibi) kullanlmaktadr. Petkimin YarmcaPetrokimya Kompleksinde 1975 ylnda retime balayan stiren fabrikasnda tevsi vemodernizasyon almalar yaplamam ve fabrika zaman ierisinde gerek teknoloji vegerekse kapasite asndan dnya standartlarnn gerisinde kalmtr. 1991 ylnda da stirenretim maliyetinin ithalat fiyatlarnn zerinde olmas nedeniyle fabrikann retimidurdurulmutur. Proses ve ekipman teknolojisindeki gelimelere bal olarak stirenfabrikalarnn optimum kapasiteleri artm olup, yeni kurulan dnya leindeki stiren 12fabrikalarnn kapasiteleri 500.000 ton/yln zerine kmtr.

Gnmz koullarnda rekabet edebilecek yeni bir stiren fabrikasnn kapasitesinin

minimum 300.000 ton/yl seviyesinde olmas gerekmektedir.Trkiyenin 2005 ylndaki stiren tketimi yaklak 55.000 ton/yl seviyesindedir.


10/41

9

Fakat yurdumuzun PS, EPS, SBR ve ABS gibi stiren trevlerine olan talebi hzla artmaktaolup nemli seviyelere ulam durumdadr ve bu talebin ok byk bir blm de ithalatyoluyla karlanmaktadr. Bu nedenle, eer bu stiren trevlerinin yurtiinde retilmesidurumunda ham madde olarak ihtiya duyulacak stiren miktar dikkate alnrsa, Trkiyeninstiren edeeri olarak stiren talebinin olduka yksek seviyelerde olduu grlmektedir.

Ancak bu talebin yurtii stiren tketimine fiilen yansyabilmesi iin lkemizde stiren trevireten yeni fabrikalarn kurulmas gerekmektedir.Bu balamda Petkim, Aliaada, 270.000 ton/yl kapasiteli PS (kristal ve antisok) ve

60.000 ton/yl kapasiteli ABS fabrikalar ile bu fabrikalarn ham madde ihtiyacnkarlayacak 300.000 ton/yl kapasiteli bir stiren fabrikas kurmay planlamaktadr.

retime 2010 ylnda balanaca ngrlen bu yatrmlarla, Aliaa PetrokimyaKompleksi Aromatikler fabrikasnda retilen ve Trkiyede tketim alan olmad iin ihraedilen benzen rnnn stirene dntrlmesi ve retilen bu stirenin de katma deeriyksek PS ve ABS gibi stiren trevlerine dntrlerek bu rnlere olan Trkiye talebinin

karlanmas hedeflenmektedir. Fabrikada kullanlacak olan ham maddelerden benzen,aromatikler fabrikasndan temin edilebilecek fakat etilen, ithalat yoluyla karlanabilecektir.Dier taraftan Baser Petrokimya, Yumurtalkta bulunan PS (kristal ve antiok) kapasitesini60.000 ton/yl artrmay planlamaktadr. Trkiyenin stiren talebinin, planlanan buyatrmlarla, 2010 ylnda 400.000 tonun zerine kaca tahmin edilmektedir.

RNEK UYGULAMALAR

Motor yakt bileeni ve kstlamalarla bir zc ethylbenzene kmenin vesikloheksandan benzen retimi iin ana uygulama vardr. Bu rn benzen tketiminin% 75-80'ini aklar. Benzenenin balca rnnn orta seviye olarak snflandrlmaktadr.rnein, benzen etilbenzen'i oluturmak iin etilenle alkillenir,dehidrojenlenerek stiren eldeedilir. Birok nemli polymerin ya da copolimerin retimi iin rnler iin stiren

monomerdir. Bunlar akrilik stiren reine stiren butadiene silgi ve dierilerini ierirler.

Benzen'in oksidasyonu olduka yavatr,fakat zorlanarak su ve karbondioksit ileoksitlenir.Havayla oksidation ya da buhar evredeki oksijen ile 350 450 C de VMokatalizryle 65 70 % dnmyle maleik anhridi retir.Baka rnekler debulunmaktadr.


11/41

10

2.2.MOL DENKLKLER

2.2.1. Tepkime Hznn, -rA, Tanm

Bir kimyasal trn yani belli bir kimlie sahip olan bir kimyasal bileik veya elementin

kimlii o trn atom eidi, says ve dizilii (konfigrasyonu) tarafndan belirlenir.

ki kimyasal bileik tam olarak ayn sayda ayn elementlerden meydana gelse bile, onlar

farkl dizililerinden dolay yine de iki farkl tr olabilir. rnein, 2 -bten , drt karbon ve

sekiz hidrojen atomuna sahiptir fakat bu bileikteki atomlar Cis-2-bten ve Trans-2-bten

eklinde iki farkl molekl oluturabilir. Farkl diziliin bir sonucu olarak, bu iki izomer

farkl kimyasal ve fiziksel zellikler gsterirler. Belirlenebilir sayda bir veya birok trn

kimliini kaybettii veya bileikteki atomlarn say ve trlerinde veya bu atomlarn

yapsnda ve dzeninde bir deiiklik sonucu yeni bir yap olutuu zaman kimyasal

tepkime meydana gelmi demektir.

Bu klasik kimyasal yaklamnda, bir kimyasal tepkime olduu zaman toplam ktlenin

ne yok olduu ne de yoktan var olduu kabul edilmitir. Sz edilen ktle si stemde

bulunan btn trlerin toplam ktlesidir. Fakat, belli bir tepkimede tek tek bulunan her bir

tr dnld zaman, belli bir trn ktlesinin kaybolma hzndan sz edilir. Ksacabelirtmek gerekirse, molekller kimyasal kimliklerini kaybettikleri zaman, belli bir trn bir

veya belli sayda molekl tepkimeye girer veya kaybolur.

Heterojen tepkime sistemlerinde, tepkime hz genellikle tepkime yzey alan veya

katalizr arl lmleri cinsinden ifade edilmektedir. Buna gre, kat-gaz katalitik

tepkimesi iin bu hzn boyutu, -rA(mol/g.katalizr.s), katalizrn birim ktlesi bana birim

zamanda tepkimeye giren A nn mol saysdr.


12/41

11

Kimyasal tepkime hznn matematiksel tanm yllardr kimya ve kimya mhendislii

literatrnde bir karkln nedeni olmutur. Bu karkln asl nedeni, kimyasal tepkime

hz verilerini elde etmek iin laboratuar lekli deneylerin yaplmasndan ileri gelir. Bu ilk

deneyler tepkime kab kapal ve sabit olan kesikli tip deneylerdir. Bunun sonucu olarak

meydana gelen tepkime de sabit hacim altnda olmaktadr. Tepkime girdileri t=0 annda hep

birlikte kartrlp girdilerden birinin deriimi, CA , deiik t zamanlarnda llmektedir.

Tepkime hz zamann bir fonksiyonu olarak CA erisinin eiminden belirlenir. Birim

hacimdeki A nn oluum hz rAolursa o zaman kimyasal tepkime hz;

rA= dCA/ dt

olarak tanmlanr. Fakat bu tanm sadece sabit hacimli kesikli reaktrler iin kullanlr.

Kimyasal tepkime hz bir iddet bykldr ve scaklk ile deriime baldr. Tepkime

hz eitlii aslnda deriim ieren bir cebirsel eitliktir, diferansiyel eitlik deildir. rnein,

rnlerA

tepkimesinin rAhz eitliinin cebirsel ekli

-rA= kCA

deriiminin dorusal bir fonksiyonu olabilir,

-rA= k1CA/ (1+k2CA)

gibi dier birka deriimin cebirsel fonksiyonu olabilir.


13/41

12

2.2.2. Genel Mol Denklik Eitlii

Herhangi bir sistem iin bir mol denklii kurmak iin ilk nce sistemin snrlar

belirlenmelidir. Bu snrlar tarafndan evrilen hacim sistem hacmi olarak ifade edilmektedir.

Bir sistem hacmindeki j trne gre mol denklii kurulur.

Herhangi bir t zamannda j tr iin mol denklii aadaki denklii verir:

Sisteme giren Sistemde kimyasal j nin sistem j nin sistemde

trlerin ak + tepkime ile oluan - dna k = birikme hz

hz j nin oluma hz hz

Fjo+ GjFj= dNj/ dt

Burada, Nj , t annda sistemdeki j trnn mol saysdr. Eer, tm sistem deikenleri

(rnein scaklk, katalizr aktiflii, kimyasal trlerin deriimi) sistemin batan sona tm

hacminde ayn olursa, j trnn oluum hz, Gj, tepkime hacmi V ile j trnn oluum hz

rjnin arpmdr.

Gj= rjV

Tepkimeye giren madde zelliklerinin (rnein deriim, scaklk) reaktrdeki farkl

konumlarda farkl deerlere sahip olmalarndan dolay, rj , dorudan konumunun bir

fonksiyonudur.


14/41

13

Herhangi bir V sistem hacmine giren, kan, tepkimeye giren veya biriken bir j kimyasal

tr iin genel mol denklik eitliinin integral eklini elde etmek iin Gj eitlikte yerine

konursa;

FjoFj+ rjdV = dNj/ dt

Bu genel mol denklik eitliinden kesikli, yar kesikli, kesiksiz ak reaktrleri gibi eitli

tipteki endstriyel reaktrlerin tasarm eitlikleri gelitirilir. Bu eitlikleri deerlendirerek,

girdilerin belli miktarlarn rnlere dntrmek iin gereken zaman (kesikli reaktrlerde)

veya reaktr hacmi (kesiksiz ak reaktrlerinde) belirlenir.

2.3. MATEMATKSEL MODELLEME

Boru reaktrlerdeki transfer prosesleri ak, sreklilik, s ve ktle transferi, enerji ve ideal

gaz denklemleri ile tanmlanmaktadr. Model reaksiyonumuz CBA eklinde bir

reaksiyon olup equimolar deildir. Zira iki mol reaktana karlk bir mol reaksiyon rn

meydana gelmektedir. Mol saysnn deiimi srekli boru reaktrlerde eksenel ve radyal

hzlarn deimesine ve bununla beraber radyal, konveksiyon akmlarnn olumasna sebep

olmaktadr. Bu nedenle laminar akl boru reaktrde eksenel ve radyal hzlarn

hesaplanmas iin ak denklemine ihtiya vardr.ncelediimiz reaksiyon; heterojen

ekzotermik bir reaksiyon olduundan reaksiyon sonucu bir s aa kmaktadr. Bu s

reaktre ait konsantrasyon, hz, scaklk ve kimyasal dnm gibi byklkleri

etkilemektedir. Soutma durumunda ise reaksiyon esnasnda ortaya kan bu snn evre

ortama uzaklatrlmas ile yukarda saylan byklkler farkl bir ekilde etkilenmektedir.


15/41

14

Reaktr borusu iinde oluan farkl scaklklardan dolay, ideal gaz denklemine gre, gaz

karmnn younluu deiecektir. Dolaysyla, sreklilik denklemiyle de hz alan

etkilenecektir. Bu ise s transferinin ve mol says deiiminin hz alan zerinde ortak

etkileri olduunu gstermektedir.

Boru reaktr ierisinde meydana gelen kimyasal proseste aadaki kabuller yaplmtr;

-Sistem kararl (srekli) rejimde gereklemektedir.

-Sistem eksenel olarak simetriktir.

-Ak laminardr.

-Reaktanlar A ve B bileeni olup reaksiyon rn C bileenidir.

-Reaktr ierisindeki gaz karm iin ideal gaz kanunu geerlidir.

-Kimyasal reaksiyon boru i cidarnda meydana gelmektedir. (Heterojen reaksiyon)

-Difzyon ve s iletimi Fick ve Fourrier kanunlarna gre tanmlanmaktadr.

-Darya s transferi konveksiyonla olup, evre hava scakl sabit kalmaktadr.

-Termodifzyon ve difzyontermik ihmal edilmektedir.

-Boru incedir ve eksenel s transferi ihmal edilmektedir.

2.3.1.Ak ve Sreklilik Denklemleri

Laminar akl bir boru reaktrde, silindirik koordinatlarda eksenel ynde daimi, ak iin

Navier-Stokes denklemi

z

w

r

w

rrr

1

z

P

r

w

wz

w

w

rzz

r

z

z


16/41

15

0

r

rw

r

1

z

w

3

2

z

w

z

rzz

(3.1.1)

eklinde tanmlanmaktadr. Bu denklemde konvektif, basn gradyan, srtnme ve

genleme terimleri yer almaktadr. Reaksiyonda esas itibariyle mol says azalmas nedeniyle

hz alannda deime olacandan ak denklemindeki genleme terimleri ihmal edilecektir.

Genleme terimlerinin ihmaliyle boru iindeki daimi, laminar ve sktrlabilir ak iin

geerli (3.1.1) denklemi

0rr

w

z

w

rr

w

z

P

r

ww

z

ww kzzk

2

z

2

k

z

r

z

z

(3.1.2)

olarak yazlabilir. Bu ifade boru iindekiz

w eksenel hz ifadesini belirlemektedir. Radyal hz

rw yi hesaplayabilmek iin sreklilik denkleminden faydalanlr. Sreklilik denklemi

0r

wr

w

r

w

zw

z

wr

rr

z

z

(3.1.3)

eklinde yazlr. Ak ve sreklilik denklemleri boyutsuz bykler kullanlarak srasyla

0r

r

w

r

w

r

r

w4Sc

z

P

2

1

r

ww

z

ww

*

*

k

*

*

z

*

*

z

*

*

k

2*

*

z

2*

k*

*

*

*

z*

r

*

*

*

z*

z

*

(3.1.4)

0r

w

r

w

r

w

z

w

z

w

*

**

r*

**

r

*

*

r*

*

**

z*

*

z*

(3.1.5)

elde edilir. Boyutsuz sreklilik denklemi (0,1) ve (0, *z ) aralnda entegre edildiinde


17/41

16

1

o

***

z

* drrw +2

1dzw

*z

o

**

r

* (3.1.6)

elde edilir. Model reaksiyon heterojen katalitik olup boru cidarna giden ktle toplam kan

ktleye eit olduundan cidarda radyal hz sfra )0w( rw eit olmaktadr. Bu suretle

1

o

**z

**drrw =

2

1 (3.1.7)

denklemi belirlenir.

2.3.2 Reaksiyon Hz

Heterojen reaksiyonlar iin reaksiyon hz rn birim zamanda birim reaksiyon yzeyinde

dnm miktar olarak tanmlanmakta ve

rn = in

iPk (3.2.1)

eklinde belirlenmektedir. Reaksiyon mertebesinin tayini iin ( inn ) geerlidir.

CBA CBA (3.2.2)


18/41

17

gibi ikinci mertebeden heterojen reaksiyon iin reaksiyon hz

rn AA

rA,

m

BB

rB,

m

CC

rC,

m = BAPkP (3.2.3)

eklinde stokiometrik bant olarak yazlabilir. deal gazdenkleminden ( BA P,P ,

A

A

RR ,

B

B

RR ,

AA , BB , TRP iii ) ifadeleri dikkate alnarak reaksiyon hz

BA

22

BA

2

r T

Rkn (3.2.4)

eklinde bulunur. Yukardaki denkleme gre kimyasal dnm miktar rA,m

r,Am BA22

BA

2

AA TR

k

(3.2.5)

olur. Stokiometrik katsaylar iin 1,1 CA ile gerekli ksaltmalar yaplrsa,

r,Am BA22

B

2

TR

k

(3.2.6)

eklinde kimyasal dnm miktar elde edilir.


19/41

18

2.3.3.Ktle Transfer Denklemi

Reaktr ierisindeki gaz karm bileenlidir. Dolaysyla reaksiyon esnasnda

reaktanlara ve reaksiyon rnlerine ait konsantrasyonlarn belirlenmesi iin en az iki

bileene ait konsantrasyonun bilinmesi gerekmektedir. Srekli boru reaktrlerde, eksenel

difzyonun ihmali ile ktle transferi denklemi

rizi wmrrr

1w

z

(3.3.1)

yazlabilir. Burada i i bileeninin ksmi younluunu, mi difuzyon ktle akmn

gstermektedir. Srekli sistemde i bileenine ait difuzyon ktle akm Fick kanununa gre

tanmlanmakta olup

r

Dm

j

iji

(3.3.2)

eklinde ifade edilmektedir. (Telli,1991). Burada Dij, terner difuzyon katsaylarn ifade

etmektedir. Buna gre; A bileeninin ktle transfer denklemi, 3.1.3 ve 3.3.2 denklemleri

dikkate alnarak

0r

Drrr

1

zDr

zr

1

rw

zw AAC

A

AC

A

r

A

z

(3.3.3)


20/41

19

elde edilir. Daimi ktle transferi probleminde, silindirik koordinatlara ait ktle bilanosu,

ihmali ile

)r

Dr(rr

1

rw

zw AAC

A

rA

z

(3.3.4)

ifadesi bulunur. Karmlar oluturan gazlara ait ktle yzdeleri toplam Dalton kanuna

gre

N

1i

i 1 (3.3.5)

eklinde tanmlanr. Buradan A bileenin konsantrasyonu BcA 1 olarak ifade

edilir. B bileeni eylemsiz gaz kabul edilip difzyon direnci olmad kabulyle denklemin

radyal koordinata gre diferansiyeli alnrsa

r

r

CA

(3.3.7)

elde edilir. Buradan C bileenine ait ktle transfer denklemi

)r

(rr

rr

1

r

w

z

w CCA

C

rC

z

(3.3.8)

eklinde tanmlanr. Yukardaki A ve C bileenine ait ktle transfer denkleminde boyutsuz

bykler kullanlarak boyutsuzlandrma ilemi yaplrsa


21/41

20

)r

Dr(rr

14

rw

zw

*

A*

AC

**

***

A*

r

*

*

A*

z

*

(3.3.9)

)r

Dr(rr

14

rw

zw

*

C*

AC

**

***

C*

r

*

*

C*

z

*

(3.3.10)

ifadeleri elde edilir. Boru cidar iin laminar akl heterojen katalitik boru reaktrde radyal

ynde madde azalmas boru cidarndaki kimyasal dnm miktarna eit olmas sebebiyle

r,A

A

ACww,A mr

Dm

(3.3.11)

r,C

C

CAww,C mr

Dm

(3.3.12)

yazlr. Buradan boyutsuzlandrma ilemleri yaplrsa A ve C bileenlerinin cidardaki

dnm iin

*

*

ABA

2*2*

wo

A*

AC

*

T

11EexpTDa

r

D (3.3.13)

*

*

ABA

2*2*

wo

*

C

C*

CA

*

T

11EexpTDa

r

D (3.3.14)

denklemleri elde edilir. ACD , CAD ifadeleri terner difzyon katsaylar olup bu katsaylarn

Telli (1982) tarafndan tretilen formlasyonu kullanlmtr.


22/41

21

2.3.4.Enerji Denklemi

Soutmal boru reaktrdeki scaklk deiiminin, reaksiyon ssnn ve reaktrden d

ortama ekilen slarn belirlenmesi iin enerji denklemine ihtiya vardr. Bir ideal gazn

entalpisi sabit basnta scakln bir fonksiyonu olarak

TcTT

hh pi

p

ii

(3.4.1)

eklinde yazlabilir. Buna gre, boru reaktrdeki silindirik koordinatlara ait enerji denklemi,

sreklilik, radyal difzyon s akm ve radyal Fourier s akm ifadeleri dikkate alnarak,

0r

Tcm

r

Tcm

r

Tr

rr

1

r

Tcw

z

Tcw pkCpkAkpkrpkz

(3.4.2)

eklinde yazlr. Burada difuzyon ktle akmlar ters iaretli olduundan son iki terim ihmaledilirse, enerji denklemi

0r

r

T

r

T

r

r

T

r

Tcw

z

Tcw kk

2

2

kpkrpkz

(3.4.3)


23/41

22

eklinde elde edilir. Burada; cpk gaz karmnn zgl ss, gaz karmnn

kondktivitesidir. Le=Sc/Pr ifadesi dikkate alnarak enerji denklemine boyutsuz hale

getirilecek olursa

0rr

T

r

T

r

T

rLe4

r

Tcw

z

Tcw

*

*

*

*

2*

*2*

*

*

*

*

*

**

pk

*

r

*

*

**

pk

*

z

*

(3.4.4)

olarak bulunur. Soutmaya tabii tutulan ekzotermik laminar akl boru reaktrde radyal

yndeki scaklk deiimi, ortaya kan reaksiyon ss ile konveksiyonla transfer edilen snn

farkna eit olduu dnlrse

qqq Rwr, (3.4.5)

yada

TTHn

r

Tq wRr

w

kwr, (3.4.6)

eklinde yazlr. ifadesi d hava ortamn gstermektedir. Bu denklemde boyutsuz

ifadeler kullanlarak boyutsuzlandrma ilemi yaplrsa

**w*

*

w

*

ABA

2*2*

w

*

o

*

*

wk

*TTNu

2

1

T

11EexpT

Le

HDa

r

T

(3.4.7)

elde edilir.


24/41

23

2.3.5.Younluk

deal gaz denklemine gre gaz karmnn younluuk

TRP eklinde yazlr.

karmn mol ktlesi

C

C

B

B

A

A

k

1

(3.5.1)

eklinde yazlr veA

B*

B

,A

C*

C

tanmlar kullanlarak younluk denklemi

)

(

TR

P

C*

C

B*

B

A

A

(3.5.2)

olarak elde edilir. (3.5.4) eitlii ile birlikteo

*

,

o

*

T

TT , ko

o

o

o

TR

P ,

B

o

A

o

ko

1

tanmlar kullanlarak;

*

*

C

C

*

B

B

A

*

B

Bo

Ao

o

*

T

1

)

(

P

P

(3.5.3)


25/41

24

boyutsuz younluk ifadesi elde edilir. Burada srtnme kayplar 0P giri basncna gre

ihmal edilecek dzeyde olduundan ( 1P

P

o

) kabulyle gaz karmnn boyutsuz younluk

denklemi*

*

*

C

C

*

B

B

A

*

B

Bo

Ao

*

T

1

)(

(3.5.4)

eklinde elde edilir. Buradan grlecei zere * , scakla ve konsantrasyona bal

olduundan s, ktle ve ak denklemlerini balayc byklk niteliindedir. ki mol

reaktann bir mol reaksiyon rnne dnmesiyle oluan hacimsel bzlmeden ve

reaksiyonda ortaya kan snn soutulmasndan dolay scaklk deiimi; younluk ve

eksenel hzlarda, dolaysyla kimyasal dnmde nemli lde etkili olacaktr.

2.4. Kesikli (Batch) Reaktrler

Kesikli bir reaktrde tepkime olurken girdi veya rnlerin ne ie doru ne de da doru

bir ak vardr; bu nedenle Fjo= Fj= 0 olur. j tr iin elde edilen genel mol denklii,

dNj/dt = rjdV

eklindedir. Eer, tepkime karm tm reaktr hacmi boyunca tepkime hznda hibir

deiiklik olmayacak ekilde tam kartrlrsa, o zaman rj sabit olduu iin integral dna

alnarak mol denklii aadaki gibi olur:


26/41

25

dNj/ dt = rjV

Gaz tepkimeleri iin kesikli reaktrler

2.5. Kesiksiz Ak Reaktrler2.5.1. Tam Kartrmal Tank Reaktr (CSTR)

Endstriyel proseslerde en ok kullanlan reaktr tipi srekli olarak kartrlan ve alan

bir tanktr. Bu tip reaktrler tam kartrmal tank reaktr (CSTR) veya geri kartrmal

reaktr (BMR) olarak bilinir. CSTR normalde kararl halde iler ve genellikle olduka iyi bir

kartrma salanr. Bu son zelliin bir sonucu olarak, CSTR genel olarak kabn her


27/41

26

yerindeki deriim, scaklk ve tepkime hznda herhangi bir konumsal deime olmayan

reaktrlere rnek alnr. Scaklk ve deriim tepkime kabnn her yerinde ayn olmasndan

dolay, tankn k noktasndaki scaklk ve deriim de dier yerlerle ayndr. Buna gre,

k akmndaki scaklk ve deriim ile reaktr iindeki deriim ve scakln ayn olduu

kabul edilir. Kartrmann ok ideal yani tam olmayan sistemlere tam kartrmal model

uygun deildir ve anlaml sonularn elde edilmesi iin alkonulma sresi dalm gibi

baka modelleme tekniklerine bavurulmas gerekir.


eklindeki genel mol denklik eitlii kararl halde alan bir CSTR reaktrne uyguland

zaman,

dNj / dt = 0 olur.

Tepkime hznda konumsal bir deime olmaz yani, rjdV = Vrjdir. Bu CSTR iin tasarm

eitlii olarak bilinen allm;

V= (FjoFj) / -rj eklini alr.

CSTR tasarm eitlii, j trnn giriteki Fjoak hzn ktaki Fjhzna indirmek iin

gereken hacmi verir. CSTR de k akmndaki koullar (rnein scaklk) tank iindekiler ile

ayn olarak modellenmelidir. Molar ak hz Fj, j nin deriimi ve hacimsel ak hz V nin

arpmdr.

Fj= Cj.V


28/41

27

2.5.2. Borusal Reaktr

Kesiksiz ve geri beslemeli (CSTR) reaktrlerden baka endstride en ok kullanlan

dier bir reatr tipi borusal reaktrdr. Bu silindir eklinde bir borudan ibarettir ve

normalde CSTR gibi karar bir halde alr.

Borusal reaktrde girdiler reaktr boyunca akarken srekli olarak harcanr. Borusal

reaktrn modellemesinde deriimin reaktr boyunca eksen ynnde srekli olarak

deitii kabul edilir. Sonu olarak, btn sfrnc mertebeden tepkimeler hari deriimin bir

fonksiyonu olan tepkime hz da eksen boyunca deiecektir.


PFR nin tasarm eitliini gelitirmek iin kavramsal olarak reaktr her birinin iinde

konumsal olarak tepkime hz ayn olan alt hacimlere, V, ayrlr.

y

Fjo Fj


29/41

28

y y

V

Fj(y) Fj(y+ y)

PFR

y uzaklndaki V alt hacminin giriinde j trnn molar ak hz Fj(y) ile (y+y)uzaklndaki V hacminin kndaki molar ak hz da Fj(y+y) ile gsterilirse, konumsal

olarak uniform olan V alt hacminde;

rjdV = rjV

olur. Kararl halde alan bir borusal akm reaktrnde, dNj / dt =0 olduundan;

Fj(y)Fj(y+y)+ rjV = 0

olur. Bu nedenle rj, y nin dolaysyla bir fonksiyonudur. Daha dorusu, reaktr de

konumunun bir fonksiyonu olan girdi deriiminin bir fonksiyonudur. V hacmi kesit alan,

A, ile reaktr uzunluu, y nin arpmdr.

V = A.y

jyjyyj AryFF /)()(

elde etmek iin y ye bleriz.


30/41

29

dxdfxff xyxxx //lim )()(0

y, sfra giderken limit olarak,

-dFj/dy = -Arj

Genellikle, bamsz deiken olarak reaktr uzunluu (y) den daha ok reaktr hacmine(V) sahip olmak en uygun yoldur.

Reaktr boyunca A kesit alan deien reaktrlerde tasarm eitliinin aynen kalacana

dikkat edilmelidir. Aadaki ekilde gsterilen reaktr iin bu eitlik dorusal bir y

ekseninden daha ok V hacim eksenini kullanarak genelletirilebilir. j tr V hacmini batan

sona getikten sonra Fj(V) molar ak hznn da V deki V hacminegirer. Alt hacim iinde

tepkime hznda konumsal deime olmad iin nceki gibi V olduka kk seilir.

VrdVrG jjj

Kararl alma dikkate alnarak eitlik yeniden dzenlenirse;

Fj(V)Fj(V+V)+ rjV = 0

(Fj(V+V)Fj(V)/ V = rj

Tasarm eitliinin uygulamasndan karlan sonu nemlidir. Piston akl borusal

reaktr (PFR) de ulalan tepkime ilerleme derecesi onun ekline bal deil sadece toplam

hacmine baldr.


31/41

30

2.5.3. Endstriyel Reaktrler

Kesikli reaktrler, gelitirilmekte olan yeni prosesleri denemek, pahal rnleri retmek,

kesiksiz ilemler ile dnm zor olan prosesleri gerekletirmek amacyla yaplan kk

lekli almalarda kullanlr. Kesikli reaktr, girdilerin uzun zaman aralklaryla reaktr

terk etmesi nedeniyle, elde edilen yksek dnm avantajna sahiptir. Fakat, birim retim

bana yksek iilik maliyeti ve byk lekli retim zorluu gibi sakncalara da sahiptir.

Yar kesikli bir reaktr aslnda kesikli reaktr ileayn stnlklere sahiptir. Fakat onlara

ek olarak iyi bir scaklk kontrol ve girdilerden birinin dk bir deriimde olmas

sayesinde istenmeyen yan tepkimelerin en aza indirilmesi yetenei gibi stnlkleri de

vardr. Yar kesikli reaktr genellikle sv iinden srekli olarak kabarcklar halinde geen bir

gaz tepkimesi iin olduu gibi iki fazl tepkimeler iin de kullanlabilir.

Srekli kartrlan tank reaktr (CSTR), youn alkalama gerektii zaman kullanlr.

CSTR ya tek bana ya da bir CSTR bataryasnn veya serisinin bir paras olarak kullanlr.

CSTR de iyi bir scaklk kontrol yapmak dierlerine gre kolaydr. Fakat reaktrn birim

hacmi bana girdi dnm bakmndan ak reaktrleri arasnda en dk olma

sakncasna da sahiptir. Sonu olarak, yksek dnm oranlar elde etmek iin ok byk

reaktrler gerekir.

Borusal reaktr (yani piston akl reaktr, PFR,) n bakm hibir paras hareket

etmedii iin nispeten kolaydr ve genellikle ak reaktrlerinin herhangi birisinin birim

reaktr hacmi bana en yksek dnm orann salar. Borusal reaktrn sakncas,

reaktr iinde scaklk kontrolnn zor olmasdr ve tepkime s veren tepkime olduu

zaman scak noktalar olabilir. Borusal reaktr ounlukla ya uzun bir tp eklinde veya

tpler dizisi olarak dzenlenmi daha ksa reaktrlerden birisi olarak bulunur. En homojen


32/41

31

sv fazl ak reaktrleri CSTRlerdir. Halbuki en homojen gaz fazl ak reaktr borusal

ak reaktrdr.

Sabit yatakl (dolgulu yatakl) birreaktr aslnda kat katalizr tanecikleri ile doldurulmu

bir borusal reaktrdr. Bu heterojen tepkime sistemi gaz tepkimelerini katalizlemek iin en

ok kullanlan sistemdir. Bu reaktr scaklk kontrol bakmndan dier borusal reaktrler ile

ayn zorluklara sahiptir ve buna ek olarak katalizr deitirmek de genellikle bir problemdir.

Ara sra gaz ak srasnda reaktr yatann baz ksmlarnn verimsiz kullanlmasna yol

aan bir kanallama olur. ou tepkimeler iin sabit yatakl reaktrn stnl herhangi

bir katalitik reaktrn katalizr arl bana en yksek dnm oran vermesidir.

Genel kullanmdaki katalitik reaktrlerin dier bir tipi de akkan yatakl reaktrdr.

Akkan yatakl reaktrlerin ierikleri heterojen olsa bile ok iyi karmas, yatak boyunca

dzenli bir scaklk dalmnn elde edilmesi bakmndan CSTR ye benzer. Akkan yatakl

reaktr ne CSTR gibi ne de borusal reaktr (PFR) gibi modellenebilir. Kendisinin modeli

gerekir. Scaklk hemen hemen batan sona ayndr, bylece scak noktalardan saknlr. Bu

tr reaktr ok byk miktarda besleme ile kat kullanabilir ve iyi bir scaklk kontrolsalar. Bunun sonucu olarak da ok sayda uygulamada kullanlr.

2.5.4. Dnm Orannn Tanm

Dnm orannn tanmnda hesaplamaya temel olarak girdilerden biri seilir ve sonrabu temel ile tepkimede bulunan dier trlerin ilikisi kurulur. Birok hallerde hesaplamaya

temel olarak snrlayc girdinin seilmesi en iyisidir. Genel bir tepkimeyi gz nne alarak

stokiyometrik bantlar ve tasarm eitlikleri gelitirilir.

dDcCbBaA


33/41

32

byk harfler kimyasal trleri, kk harfler stokiyometrik katsaylar gstermektedir.

Hesaplama temeli olarak A tr ele alnrsa, tepkime eitliini;

DadCacBabA )/()/()/(

eklinde ifade edebilmek iin tepkime eitliini A trnn stokiyometrik katsaysna

blnr. Bu temele gre her bir byklk mol A bana olur.

Tepkimedeki trlerin her birinin mol says ile dierleri arasnda bir bant kurmann en

uygun yolu, dnm oran denilen bir bykln kullanlmasdr. Dnm oran, xA,balangtaki A nn bir mol bana tepkimeye girmi olan A nn mol saysdr.

xA= Tepkimeye giren A nn mol says / Beslenen A nn mol says

Buradan dnm oran tanm eitlii xA= (NAo- NA) / NAoolur.

Kolay ve ksa olmas iin, biz A alt indisi atlr. x = xAolur. Fakat oklu tepkimeler ve

belli baz tepkimeemalar sz konusu olduu zaman alt indisler dikkate alnr.

2.5.5BFENL

2.2.6.BFENL ZELLKLER:

Bifenil, zift, ham petrol ve doal gazn iinde doal olarak bulunur ve bu kaynaklardan

distilasyon yoluyla elde edilir. Bifenil suda znmez fakat dier bilinen tm organik solventlerdeznebilir.


34/41


35/41

34

HESAPLAMALAR

760C, 1 atm

2A B+C

-rA=kA . (CA2-

= 0 ve Kc= 0,312

CA2=

2A B + C -rA= kA .( )

1 - -

-x

CA = (1-x) . 0,312 =

CB= 0,312 =

CC=

= 1,248 . (1 2x + x2)X2= 1,248 + 1,248x22,496x

0,248x22,496x + 1,248 = 0

= b2 - 4ac = 4,992

=


36/41

35

XD= 0,53

Yllk retim = 105000 ton/yl

=42,63 mol/sn

=

=

-rA=kA . (CA2-

kA= 7 .

-rA=

V=0.031 L


37/41

36

MALYET HESABI

Benzenin litresi 81 lira olup yllk maliyeti 7,428x1012 lira olarak hesaplanmtr.

Piyasa arartrmas yapldnda 0,893 m3lk borusal reaktrn maliyeti 52000 dolar olarak

bulunmutur. Buradan bizim 0,239 m3

lk borumuzun maliyeti 13917 dolar bulunmutur.Biz tasarmmzda 15 tane boru kullandmz iin toplam maliyet 208000 dolarbulunmutur.Reaktr Maliyeti (RM) =585700$

Reaktr Maliyeti(PM)=208000 $

Montaj Maliyeti = 175800$

Tehizat Maliyeti=35160$

Servis mr 234400$

Direkt Yatrmlar=586000+175800+35160+234400=1031360$

ndirektMasraflar:

Mhendis+Tasarm Maliyeti=1031360*0.05=51568$

Olas Giderler=1031360*0.05=51568$

ndirekt Masraflar=51568+51568=103136$

Toplam Giderler=1031360+103136=1134496$

alma Maliyeti=1134496 *0.15=170174$

Toplam Maliyeti=1134496+170174=1504373


38/41

37


39/41

38

X V GRAF

V X0,1115 0.10,2545 0.20.4527 0.3

0.7741 0.4

1.691 0.512.0064 0.52

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

x

x


40/41

39

YORUM

Kimya mhendislii tasarm 1 dersinde benzenin dehidrejenarayonu iin borusal reaktr

tasarm yaplmtr. Benzenin pirolizi ( yksek scaklkta paralanma) ile bifenil retimigerekletirimitir.

Literatr taramas yaplarak 760 Cde benzenin k deeri bulunarak hacimhesaplanmtr.Dnm 0,53 olarak hesaplanmtr. Reaksiyon sabit scaklktagerekletinden borusal reaktr kullanlmtr.

Gerekli piyasa aratrmas yapldktan sonra boru olarak Krom-Nikel 304 kullanlmas uygungrlmtr. Bunun sonucu toplam boru maliyeti 208000 dolar hesaplanmtr.

KAYNAKLAR

1. Chemical Reaction Engineering (Jonh Wiley & Sons )

2. Elektrik leri Ett daresi Genel Mdrl

3. Chemistry WebBook

4. Plant Desing Economics For Chemical Engineers

5. Gne enerjisi ile hidrojen retiminde yeni gelimeler , . Engin Tre, Mimar Sinan

niversitesi ,Gne Enerjisi Sempozyumu, 1999 Kayseri

6. Enerji evre teknolojileri stratejisi ,Vizyon 2023 Projesi Bildiri Kitab, 2004 Ankara7. III. Ulusal temiz enerji sempozyumu, Bildiri Kitab 2000 stanbul

8. MathisD., Hydrogen technology for energy ,USA ,1976

9. Youth for habitat Trkiye ,http://www.youthforhab.org.tr

10.Elektrik leri Ett daresi Genel Mdrl ,http://www.eie.gov.tr

11.Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanl ,http://www.enerji.gov.tr

12.Draft Business Plan of ISO/TC 197 - Hydrogen technologies 2001-06-06 Draft no. 4

13.Elektroliz Yntemiyle Hidrojen retimine eitli Parametrelerinin Etkisi,s Bilimi ve Teknii

Dergisi 24, 109-116, 2004

14.http://www.ikkistanbul.org/site/Scripts/prodView.asp?idproduct=302

15.www.turkpoint.com/bilim/b_turk_prf_kanada_hid_od.asp

16.Department of chemstry,stanbul techncal unversty faculty scence and letters

maslak 80626-stanbul/turkeyprof. dr. figen kadrgan

17.http://europa.eu.int/comm/research/energy/pdf/hydrogen_summary_report.pdf

18.Koku, H., Erolu, ., Gndz, U., Ycel, M., Trker, L., Rhodobacter sphaeroides

O.U.001 ile Hidrojen retimi, 3. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, SempozyumBildiri Kitab, Cilt 2, s. 567-574, stanbul, 2000.
http://www.youthforhab.org.tr/http://www.youthforhab.org.tr/http://www.youthforhab.org.tr/http://www.eie.gov.tr/http://www.eie.gov.tr/http://www.eie.gov.tr/http://www.ikkistanbul.org/site/Scripts/prodView.asp?idproduct=302http://www.ikkistanbul.org/site/Scripts/prodView.asp?idproduct=302http://www.ikkistanbul.org/site/Scripts/prodView.asp?idproduct=302http://www.turkpoint.com/bilim/b_turk_prf_kanada_hid_od.asphttp://www.turkpoint.com/bilim/b_turk_prf_kanada_hid_od.asphttp://www.turkpoint.com/bilim/b_turk_prf_kanada_hid_od.asphttp://www.turkpoint.com/bilim/b_turk_prf_kanada_hid_od.asphttp://www.ikkistanbul.org/site/Scripts/prodView.asp?idproduct=302http://www.eie.gov.tr/http://www.youthforhab.org.tr/


41/41

19.Yeti, M., Gndz, U., Erolu, ., Ycel, M., Trker, L., Photoproduction of

Hydrogen from Sugar Refinery Wastewater byRhodobacter sphaeroides O.U. 001,

International Journal of Hydrogen Energy, 25: 1035-1041, 2000.

20.Trkarslan, S., Yiit, D.., Aslan, K., Erolu, ., Gndz, U., Photobiological

Hydrogen Production byRhodobacter sphaeroidesO.U.001 by Utilization of Waste

Water from Milk Industry, Biohydrogen, s.151-156, Plenum Press, New York,

1998.

tasarim Çikacak

Documents