Formaldehit çözeltisi üretim prosesinde kritik parametrelerin verimliliğe etkisi
Effect of critical parameters on productivity in formaldehyde solution production process
Yazar: MELİKE KOÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÖZGÜN YÜCEL
Gebze Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Formaldehit endüstride oldukça sık kullanılan en basit aldehit üyesidir. Formaldehit sulu çözeltisi, reçinenin ana hammaddelerinden biri olarak üretilmektedir. Bu çalışmada referans olarak alınan formaldehit tesisi, ağaç bazlı panel sektöründe üretim yapan bir fabrikanın Yonga levha, MDF ve emprenye işletmeleri için tutkal üretimi yapan bir departmanın formaldehit ihtiyacını karşılamaktadır. Metanolden formaldehit üretimi yapan bu tesisteki ekipman ve tasarıma göre üretilebilecek en yüksek verimli formaldehit üretiminin hesaplanması, değişik metanol beslemelerinde dönüşüm takibi yapılarak optimum üretim şartlarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amacı gerçekleştirebilmek için Aspen HSYS v11 simülasyon programı kullanılmıştır. Gerçek tesis ile Aspen HYSYS verilerini kıyaslamak için metanolden üretilen formaldehit sonuçları hesaplanmıştır. 137 adet tesis ve 25 adet Aspen HYSYS verisi eklenerek grafikte gösterilmiştir. Veriler sonucunda RMSE değeri hesaplanmıştır. Aspen ile gerçek tesis üretim ortalaması farkı %6,5 bulunarak model başarılı olmuştur. Formaldehit ortalama seçicilik farkı ise %7,3 olarak hesaplanmıştır. Örnek olay (case study) çalışmaları eklenerek metanolden formaldehit üretiminde verimliliğe etki eden parametreler üzerinde çalışılmıştır. Oluşan formaldehit ürün kütlesinin arttırılması sadece metanol debisinin arttırılması ile mümkün olmuştur. Vaka çalışmalarında kolon sıcaklığı, kolona beslenen su miktarı ve reaktöre giren hava miktarının etkisi incelenmiştir. Bu parametreler formaldehit ürün sıcaklığını düşürmede başarılı olmuştur. Formaldehit sıcaklığının düşürülmesi, formaldehitin ortamdaki gaz emisyonunu düşüreceği için etkilidir. Ayrıca tanklardaki depolama ve stoklama sıcaklığının yüksek olması da gerçek tesis için istenen bir durum değildir. Kolon giriş sıcaklığı 30 ℃ ve altına çekildiğinde, formaldehit sıcaklığı çok düşük gelmiştir. Kurulan model çok sağlıklı çalışmamıştır. 30 ℃ Aspen absorpsiyon kolonu çalışma şartları için kritik sıcaklık kabul edilmiştir. Bu tez sonucunda Aspen Hysys modeli başarılı bulunmuş olup gerçek tesis ile çok yakın değerlerde çalıştırılmıştır. Üretim veriminin hesaplanması ve verimliliğin arttırılmasına yönelik çalışmaların yapılabilmesi için Aspen HYSYS simülasyon programının kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
Formaldehyde is the simplest aldehyde member used quite frequently in the industry. Formaldehyde aqueous solution is produced as one of the main raw materials of resin. The formaldehyde plant taken as a reference in this study meets the formaldehyde needs of a department producing glue for particleboard, MDF and impregnation businesses of a factory producing in the wood-based panel sector. The aim of this plant producing formaldehyde from methanol is to calculate the highest yield formaldehyde production that can be produced according to the equipment and design, and to determine the optimum production conditions by following the conversion in different methanol feeds. Aspen HYSYS v11 simulation program was used to achieve this aim. The results of formaldehyde produced from methanol were calculated to compare the real plant with Aspen HYSYS data. 137 plant datas and 25 Aspen HYSYS data were added and shown in the graph. RMSE value was calculated as a result of the data. The model was successful by finding the average production difference between Aspen and real plant as 6,5%. The average selectivity difference between formaldehyde was calculated as 7,3%. By adding case studies, parameters affecting efficiency in formaldehyde production from methanol were studied. Increasing the mass of formaldehyde product formed was possible only by increasing the methanol flow rate. In the case studies, the effects of column temperature, the amount of water fed to the column and the amount of air entering the reactor were examined. These parameters were successful in reducing the formaldehyde product temperature. Reducing the formaldehyde temperature is effective because it will reduce the gas emission of formaldehyde in the environment. In addition, high storage and stocking temperatures in tanks are not desired for the real plant. When the column inlet temperature was reduced to 30 ℃ and below, the formaldehyde temperature was very low. The established model did not work very well. 30 ℃ can be accepted as the critical temperature for column operating conditions. As a result of this thesis, the Aspen Hysys model was found to be successful and was operated at very close values to the real plant. It was seen that the Aspen HYSYS simulation program can be used to calculate production efficiency and conduct studies to increase efficiency.