Bilyalı değirmenlerde çimento üretim kapasitesinin artırılması ve enerji tüketiminin azaltılmasına yönelik optimizasyon çalışmaları ve bunların sürdürülebilir ekolojiye etkisi
Optimization studies in ball mills to increase cement production capacity and reduce energy consumption and their effect on sustainable ecology
Yazar: FURKAN MERİÇ KAYA
Danışman: DOÇ. DR. VELİ ŞİMŞEK
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Optimizasyon = Optimization

Özet:
Bu yüksek lisans tezinin temel amacı, bilyalı çimento değirmenlerinde kalite kriterlerinden taviz
vermeden, üretim kapasitesinin artırılması ve enerji kullanımının azaltılması için optimizasyon
çalışmalarının gerçekleştirilmesidir. Bu optimizasyon işlemleri üretim süreçleri durdurulmadan
yapılmıştır. Başka bir ifadeyle tesisin durdurulması sonucu meydana gelebilecek ekonomik
çıktıların minimuma indirilmesi hedeflenmiştir. Ayrıca yapılan bu çalışmanın çevresel,
ekonomik ve sosyal açıdan sürdürülebilirliğe etkisi incelenmiştir.
Sunulan bu yüksek lisans tezinde optimizasyon çalışmaları üç aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk
aşamada, kapasitesinin çok altında çalışmakta olan çimento değirmenlerinin mevcut çalışma
şartları ile elde edilen blaine (özgül yüzey), incelik, kimyasal analiz ve saatlik üretim değerleri
incelenmiştir. İkinci aşamada, değirmen çalışma şartları değiştirilerek (değirmen giriş çıkış
emişleri, seperatör temiz hava klape açıklıkları, filtre giriş sıcaklıkları, vb. gibi) saatlik üretim
değerlerinin nasıl değiştiği gözlemlenmiştir. Üçüncü aşamada ise değiştirilen parametrelerle
yaklaşık 3 ay boyunca çimento üretimi gerçekleştirilmiştir. Daha sonra, belli zaman aralıklarında
değirmenlerin farklı noktalarından alınan numunelerin, dayanım, özgül yüzey, incelik ve
kimyasal içerikleri XRD, CNH-S, SEM/EDX, MAPPİNG, FT-IR ve partikül sizer analiz
yöntemleriyle incelenmiştir. Özellikle, seperatör temiz hava klapelerinin açıklığının
%30-50 seviyelerinden %80-100 seviyelerine artırılması nedeniyle seperatör geri dönüş tonajının
200 ton/saat değerlerinden yaklaşık 150 ton/saat değerlerine çekilmesi sağlanmıştır. Çimento
incelik değerlerinde ise her iki değirmende yaklaşık %18'lik artış gözlenmiştir. Çimento incelik
değerlerindeki artış öğütme süresini kısaltmasıyla enerji tüketiminde tasarruf sağlamıştır.
Yapılan 28 günlük dayanım test sonuçlarında yaklaşık %4 artış gözlenmiştir. Her iki değirmen
için, saatlik üretim değerleri incelendiğinde ise 73-74 ton/saat üretim değerlerinden 79-80
ton/saat üretim değerlerine ulaşılmıştır. Diğer taraftan, optimizasyon çalışması sonrası değirmen
ünitelerine ait ve üretim artışına bağlı olarak sevkiyatta kullanılan araçların sürdürülebilir
ekolojiye ve ekonomiye etkisi KAİ değerlerinin hesaplanmasıyla değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, optimizasyon öncesi ve sonrası elde edilen sonuçlar detaylı olarak
karşılaştırılmıştır. Optimizasyon sonrası hem enerji maliyeti, hem de ürün kalitesi bakımından
önemli iyileştirmeler gözlenmiştir. Daha iyi kalitede ve düşük enerji tüketiminde yaklaşık %8
kapasite artışı sağlamanın yanında, enerji tüketimindeki azalmaya bağlı olarak sera gazı
emisyonuna neden olan girdilerin kısmi olarak düşürüldüğü belirlenmiştir.

Abstract:
The main purpose of this master's thesis is to carry out optimization studies to increase
production capacity and reduce energy use in ball cement mills without compromising quality
criteria. Moreover, these optimization processes were carried out without stopping the
production processes. In other words, it seeks to minimize the economic output that may result
from shutting down the facility. In addition, the effect of this study on sustainability in terms of
environmental, economic, and social aspects was examined.
In the master's thesis presented here, optimization studies were carried out in three stages. In
the first stage, the blaine (specific surface), fineness, chemical analysis, and hourly production
values obtained with the current working conditions of the cement mills operating far below
their capacity were examined. In the second stage, it was observed how the hourly production
values changed by changing the mill operating conditions (mill inlet and outlet suction, filter
inlet temperatures, damper angles, etc.). In the third stage, cement production was carried out
with the changed parameters for about 3 months. Then, the strength, specific surface, fineness,
and chemical contents of the samples taken from different points of the mills at certain time
intervals were examined by XRD, CNH-S, SEM/EDX, MAPPING, FT-IR, and particle sizer
analysis methods. Especially since the opening values of the separator's fresh air inlets were
increased from 30–50% to 80–100%, the return tonnage of the separator was reduced from 200
tons per hour to approximately 150 tons per hour. Besides, an increase of approximately 18%
was observed in cement fineness values in both mills. The increase in cement fineness values
shortened the grinding time and saved energy consumption. An increase of approximately 4%
has been observed in the 28-day strength test results. When the hourly production values for
both mills are examined, they have ranged from 73–74 tons per hour to 79–80 tons per hour.
On the other hand, after the optimization study, the effects of the vehicles belonging to the mill
units and used in the shipment, depending on the increase in production, on sustainable ecology
and economy were evaluated by calculating the CFP values. As a result, the results obtained before and after optimization were compared in detail. After
the optimization, significant improvements were observed in terms of both energy cost and
product quality. It has been determined that, besides providing an approximately 8% capacity
increase in better quality and low energy consumption, the inputs that cause greenhouse gas
emissions are partially reduced due to the decrease in energy consumption.