Deiyonize su üretim tesisinin termodinamik analizi ve optimizasyonu
Thermodynamic analysis and optimization of deionized water production plant
Yazar: YİĞİT KÜPÇÜ
Danışman: PROF. DR. MAHMUT RAHİM BAYRAMOĞLU
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada ilaç sanayinin en önemli donanımlarından biri olan, Besleme Sistemi, Deiyonize Su Üretim Sistemi ve Depolama ve Dağıtım Sistemi'nden oluşan Deiyonize Su Üretim Tesisi'nin simülasyon modeli bir proses simülatör programı kullanılarak hazırlandı. Sistemin yaz mevsimi koşullarında ekserji analizi yapılarak ekserji veriminin optimizasyonu yapıldı. Simülasyon çalışmasının sonucunda elde edilen entalpi ve entropi değerlerini doğrulamak amacıyla kütle, enerji ve ekserji değerleri hesaplandı. Elde edilen veriler kullanılarak sistemin enerji verimi incelendi. Sonuçlar incelendiğinde RO Ünitesi hariç tüm ekipmanların enerji verimlerinin % 90 ile % 95 arasında olduğu görüldü. Bu sonuç ekserji verimleri ile kıyaslandığında iki değer arasında korelasyon olmadığı görüldü. Tezin sonraki aşamasında proses kış mevsimi koşullarında incelendi ve yaz mevsimi koşullarıyla karşılaştırıldı. Yaz mevsimi koşullarında ekserji verimi % 38 olarak hesaplanan RO Ünitesi, kış mevsimi koşullarında ekserji verimi % 47 olarak hesaplandı. Ayrıca yine yaz mevsim koşullarında membranların performansında önemli bir rol oynayan Corrected Flux değeri 1.95 olarak hesaplanırken kış mevsim koşullarında bu değer 1.90 olarak hesaplandı. Bu amaçla sistemde yapılmak istenen iyileştirme çalışmaları kapsamında, sistemin ilk aşaması olan Besleme Sistemi'nin modernizasyonu ile sistemde genel olarak değişen ekserji verimi tekrar incelendi ve eski durumla karşılaştırıldı. Yeni durumda da en verimsiz ekipmanın RO Ünitesi olduğu bulundu. Tezin optimizasyon bölümünde 3 adet değişken, 2 adet kısıtlayıcı kullanılarak amaç fonksiyonu olarak belirlenen ekserji veriminin maksimizasyonu hedeflendi.

Abstract:
In this study, the simulation model of the Deionized Water Production Plant consisting of Feeding System, Deionized Water Production System and Storage and Distribution System, which is one of the most important equipment of the pharmaceutical industry, was prepared by using a process simulator program. Exergy analysis was performed by analyzing exergy in summer season conditions. In order to verify the enthalpy and entropy values obtained as a result of the simulation study, mass, energy and exergy values were calculated. Energy efficiency of the system was investigated by using the data obtained. When the results were examined, it was seen that the energy efficiency of all equipments except RO Unit was between 90 % and 95 %. There was no correlation between the two values compared to the exergy yields. In the next step of the thesis, the process was examined under winter conditions and compared with summer conditions. Exergy efficiency was calculated as 38 % in summer season. Exergy efficiency was calculated as 47 % in winter conditions. Corrected Flux value, which plays an important role in the performance of membranes in summer seasons, was calculated as 1.95 and this value was calculated as 1.90 in winter conditions. Within the scope of the improvement works to be carried out in the system for this purpose, the modernization of the Feeding System, which is the first stage of the system, has been revised and the exergy efficiency in general has been re-examined and compared with the old situation. In the new case, the most inefficient equipment was found to be the RO Unit. In the optimization section of the thesis, using 3 variables, 2 constraints as the aim was to maximize the efficiency of exergy.