Nötralizasyon prosesi için ısı aktarım sisteminin bilgisayar destekli tasarımı
Computer aided design of heat transfer system for neutralization process
Yazar: BURCU KURU
Danışman: PROF. DR. BÜLENT AKAY
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Benzetim = Simulation ; Fosforöz asit = Phosphorous acid ; Isı geçişi = Heat transfer ; Nötralizasyon = Neutralization

Özet:
Nötralizasyon tepkimeleri, büyük miktarda ısı açığa çıkararak ortamın sıcaklığını arttıran ekzotermik tekimelerdir. Fosforöz asit ile potasyum hidroksit nötralizasyon tepkimesi de genel nötralizasyon tepkimelerinin özelliklerini taşımakta olup, yüksek sıcaklıklar neticesinde zehirli fosfin gazı oluşumuna neden olmaktadır. Bu yüksek lisans tezi kapsamında, kesikli bir reaktörde gerçekleşen fosforöz asitin potasyum hidroksitle nötralizasyon tepkimesi sonucunda açığa çıkan ısı ile artan sıcaklığın kontrol edilmesi için optimum koşullarda çalışan bir ısı değiştirici tasarlanması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, kararsız ve doğrusal olmayan bu sistem için, ısı aktarım sistemindeki termal davranışlar sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal modelin oluşturulmasında ANSYS Fluent paket programı kullanılmış; sayısal incelemeler, analitik ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır.  Optimal ısı aktarımı için, farklı soğutma akışkanı akış hızları, farklı soğutma akışkanı sıcaklıkları, farklı reaksiyon karıştırma hızları, farklı reaksiyon sıcaklıkları gibi farklı koşullarda analitik, deneysel ve sayısal çalışmalar yapılmış, zamana karşı soğutma akışkanının ve reaktör içinın davranışı, sayısal, deneysel ve analitik açıdan karşılaştırılmıştır. Sayısal modelin deneysel ve analitik sonuçlarla uyumlu olduğu, model ve deneysel veriler için çapraz korelasyon yapıldığında, korelasyon katsayısı 0.91 olarak tespit edilmiştir. Bu durumda, oluşturulan sayısal modelin farklı koşullar için sistemin ısı aktarım performansını tespit etmek amacıyla kullanılabileceği öngörülmüştür.

Abstract:
Neutralization reactions are exothermic reactions that increase the temperature of the environment by releasing a large amount of heat. The neutralization reaction of phosphorous acid and potassium hydroxide also has the characteristics of general neutralization reactions and causes the formation of toxic phosphine gas as a result of high temperatures.Within the scope of this master's thesis, it is aimed to design a heat exchanger operating under optimum conditions in order to control the heat released as a result of the phosphorous acid potassium hydroxide neutralization reaction in a batch reactor. For this purpose, for this unstable and non-linear system, the thermal behavior of the heat transfer system has been numerically investigated. ANSYS Fluent package program was used in the creation of the numerical model; Numerical analyzes were compared with analytical and experimental results. For optimal heat transfer, experimental and numerical studies have been carried out under different conditions such as different cooling fluid flow rates, different cooling fluid temperatures, different reaction mixing speed, different reaction temperatures, and the behavior of the cooling fluid against time has been compared numerically, experimentally and analytically. It was determined that the numerical model was compatible with the experimental and analytical results, and the determination coefficient was found to be 0.91 when the model and experimental data were cross-correlated. In this case, it is foreseen that the generated numerical model can be used to determine the heat transfer performance of the system for different conditions.