Bazı polimerler, alternatif yakıt kaynakları ve ikili karışımlarının yanma kinetiklerinin termogravimetrik analiz yöntemiyle incelenmesi
Investigation of combustion kinetics of some polymers, alternative fuel sources and their binary blends by thermogravimetric analysis
Yazar: YELİZ DURAK
Danışman: PROF.DR. TÜLAY DURUSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Kinetik = Kinetics ; Pamuk sapı = Cotton stalk ; Polimerler = Polymers ; Yanma = Combustion

Özet:
Sunulan yüksek lisans tez çalısmasında; PS, PVC, PE, PEG, PMMA, Nylon 66,PP, turba, bitümlü sist, pamuk sapı ve karısımlarının yanma deneyleri 298-873 Ksıcaklık aralığında, SETARAM TG DTA92 cihazı kullanılarak hava atmosferialtında yapılmıstır. Deney verilerinden yararlanılarak, Arrhenius ile Coats veRedfern kinetik modelleri ile kinetik parametreler hesaplanmıstır.Denizli Çameli turbası ve Bolu Göynük bitümlü sistinin yanmasına, 5-30 K/dkaralığında ısıtma hızının etkisi, GAP bölgesine ait pamuk saplarına ise 5 K/dkısıtma hızı uygulanarak, (88-100), (210-250), (250-420), (420-500) ?m tanecikboyut aralığındaki örnekler için tanecik boyut aralığının etkisi incelenmistir. Genelolarak, turba ve bitümlü sist örnekleri için ısıtma hızının artmasıyla, en yüksekağırlık kaybının olduğu sıcaklık Tm, ve bu sıcaklığa karsı gelen hız değerlerinde(DTGm) artıs olduğu gözlenmistir. Toplam dönüsüm (TD) değerlerinin ise ısıtmahızının artmasıyla azaldığı gözlenmistir. Pamuk sapı örneklerinde, tanecik boyutaralığının artmasıyla, (420-500) ?m tanecik boyut aralığı haricinde, toplamdönüsüm (TD) değerlerinde artıs olduğu, DTGm ve Tm değerlerinde ise düzenli birdeğisim olmadığı gözlenmistir.Tez kapsamında kullanılan bütün polimerlerin ve polimer/yakıt ikili karısımlarınınyanma deneyleri 5 K/dk ısıtma hızı uygulanarak gerçeklestirilmistir. PVC, PMMAve Nylon 66 polimerlerinin yanma profillerinde, iki ayrı hızlı ağırlık kaybı bölgesigörülürken, diğer polimerlerde tek bölge gözlenmistir. Bütün polimerlerde %95'inüzerinde TD değeri hesaplanmıs, en yüksek ağırlık kaybı hızı PS polimeri için2.1025 mg/dk olarak bulunurken, PP örneği için 0.6368 mg/dk olarak bulunmustur.Polimer/yakıt ikili karısımlarının yanmasına karısma oranının etkisi; polimerlerin,sırasıyla; turba, bitümlü sist ve pamuk sapı ile (2/3), (1/1), (3/2) oranlarındakarıstırılmasıyla gerçeklestirilmistir. Genel olarak, yakıtlara eklenen polimeroranının artmasının, karısımların TD, DTGm değerlerinde artısa neden olduğugörülmüs, bunun sonucunda polimerlerin, karısımların yanmasını katalizlediğitahmini yapılmıstır. Örneğin, (1/1) oranındaki PVC/pamuk sapı karısımında, DTGmdeğerinin 1.9772 mg/dk ile pamuk sapınınkinin (0.3754 mg/dk) yaklasık bes katıkadar bir değere ulastığı tespit edilmistir.Polimerler, yakıtlar ve polimer/yakıt ikili karısımlarının yanma deneylerinden eldeedilen verilerden, Arrhenius ile Coats ve Redfern modelleri kullanılarak kinetikparametreler hesaplanmıstır. Genel olarak, Arrhenius modelinde reaksiyonderecesinin ?1? olduğu kabulü yapılarak hesaplanan E değerlerinin, reaksiyonderecesinin de hesaplandığı duruma göre daha düsük çıktığı tespit edilmistir. Herüç model ile yapılan hesaplamalardan, karısımlara eklenen yakıt oranınınartmasının, karısımların aktivasyon enerjilerinin azalmasına sebep olduğugörülmüstür.Anahtar Kelimeler: PS, PVC, PE, PEG, PMMA, Nylon 66, PP, turba, bitümlü sist,pamuk sapı, yanma, kinetik.

Abstract:
In this thesis, combustion processes of PS, PVC, PE, PEG, PMMA, Nylon 66, PP,peat, oil shale, cotton stalk and their blends were performed by increasing thetemperature from 298 to 873 K, by using SETARAM TG DTA92 thermobalanceapparatus under atmospheric conditions. The data arising from experiments wereused for estimation of kinetic parameters for Arrhenius and Coats and Redfernkinetic models.Influence of heating rate in 5-30 K/min interval on the combustion of DenizliÇameli peat and Bolu Göynük oil shale and also influence of particle size intervalon the combustion of GAP cotton stalk samples by applying 5 K/min heating ratefor (88-100), (210-250), (250-420), (420-500) ?m particle size intervals wereinvestigated. In general; for peat and oil shale samples due to the increase ofheating rate it was observed that the temperature (Tm) corresponding themaximum weight loss and that of the rate value (DTGm) had increased. However,total conversion (TD) values were decreased due to the increase of heating rate.For cotton stalks, due to the increase of particle size interval, except in (420-500)?m samples, TD values were increased but there were no regular change on theDTGm and Tm values.The combustion processes of all polymers and polymer/fuel binary blends usedwithin the context of this thesis were performed in 5 K/min heating rate. It wasobserved that while combustion profiles of PVC, PMMA and Nylon 66 polymerswere two-step, combustion profiles of all other polymer samples were one-step.TD values of all polymer samples were calculated as over %95. DTGm values ofPS and PP samples were calculated as 2.1025 mg/min and 0.6368 mg/minrespectively.The effect of blending ratio on polymer/fuel binary blends were performed bymixing the polymers in order of peat, oil shale and cotton stalk in the ratios of (2/3),(1/1), (3/2). In general; TD and DTGm values of blends were increased in allblending ratios with the increase of polymer ratio in the binary blends thus it wasestimated that polymers made accelerative effect on combustion of blends. Forexample; for the (1/1) PVC/cotton stalk sample, DTGm was calculated as 1.9772mg/min which was approximately quintuplicate of value that was calculated forcotton stalk (0.3754 mg/min).The kinetic parameters were estimated for Arrhenius and Coats and Redfernmodels by utilizing data obtained from the combustion experiments of polymers,fuels and binary blends of polymer/fuel samples. Generally; calculated apparentactivation energies (E) by assuming the reaction order ?1? in Arrhenius model weresmaller than the values which were calculated with no reaction order assumption.From the calculations done with each three model, it was seen that increase of thefuel ratio in blends was caused the decrease on activation energies.Keywords: PS, PVC, PE, PEG, PMMA, Nylon 66, PP, peat, oil shale, cotton stalk,combustion, kinetics.