Amberlit-35 katalizörünün gözenek yapısının üç (3D) boyutlu rastgele ağ modeli üzerinden modellenmesi ve ağ boyutu etkisinin incelenmesi
Application of mercury porosimetry of amberlyst-35 to three dimensional (3D) stochastic network model and researching of network size effect on structure of porous media
Yazar: VELİ ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. KIRALİ MÜRTEZAOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Bölümü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Gözeneklilik = Porosity

Özet:
Bu çalışmada: Kaliteli benzin veya çevre dostu benzin eldesinde kullanılan katalizörlerden biri olan Amberlit-35 katalizörünün gözenekliğinin tayini ve fiziksel karakterizasyonu için, bilgisayar ortamında üç boyutlu ağ modeli kullanıldı. Ayrıca, farklı ağ boyutlarında (N=30- 40- 50); gözenek hacim dağılımı, rastgele gözenek ağ görüntüleri ve üç boyutlu ağ görüntüleri üzerindeki etkileri araştırıldı. Çalışmanın ilk aşamasında, gözenekli malzemelerin modellenmesi için Compact Visual Fortran derleyicisi altında çalışan KALINET programı, gözeneklerin üç boyutlu (3-D) rastgele gözenek ağ görüntülerinin farklı kesitleri için kullanılan SECTION programı ve üç boyutlu (3-D) ağ çizimleri için kullanılan KALINET3D programı fortran77'den fortran90'a dönüştürüldü. Programlar; GİNO5.5 ile desteklenip ve CVF (compact visual fortran) derleyicisi altında çalışır hale getirildi. Amberlit-35 katalizörü için gerçekleştirilen civa penetrasyon deneyi sonucunda, Amberlit-35 katalizörünün gözenekliliği 0.30 olduğu hesaplandı. Amberlit-35 katalizörü için penetrasyon 6491-35410 psia basınç aralığında gerçekleştiği gözlenmiştir. Teorik penetrasyon eğrisi her bir basınç aralığındaki gözenek sayıları değiştirilerek deneysel penetrasyon eğrisi ile çakıştırıldı. İlk olarak üç boyutlu ağ modeli; 30x30x30 boyutunda 83700 adet gözenek içeren, gözenek hacim dağılımı belirlendi. Daha sonra farklı ağ boyutlarında, gözenek hacim dağılımı, rastgele gözenek ağ görüntüleri ve üç boyutlu ağ görüntüleri üzerindeki etkilerini karşılaştırmak için, tekrar aynı işlemler 40x40x40-50x50x50 boyutlarında 196800- 382500 adet gözenek içeren ağ modelleri üzerinde denendi. Ağ boyutu üzerinde yapılan değişiklerin, elde edilen sonuçlarda herhangi bir değişime neden olmadığı ve deneysel sonuçlar ile uyumlu oldukları gözlendi. Çalışmanın ikinci kısmında Compact Visual Fortran (CVF) derleyici altında çalışan SECTION programında gözenekli yapılar 3-D boyutlu olarak gözlendi. Compact Visual Fortran (CVF) derleyicisi altında çalışan KALINET3D programı ile gözenekli yapıların yatayla farklı açılarda 3-D boyutlu görüntüleri oluşturuldu. Sonuç olarak: Kaliteli benzin eldesinde kullanılan Amberli-35 katalizörünün gözenekliliğini belirleyen civa porozimetresi yöntemi bilgisayar ortamında, farklı ağ boyutları kullanılarak gerçekleştirildi. Ortalama gözeneklilik 0.30 olarak belirlendi. Bu değer deneysel civa porozimetresinde elde edilen sonuç (0.30) ile uyumlu olduğu gözlendi. Ayrıca, gözenekli yapı üzerinde ağ boyutunun etkisi olmadığı belirlendi.

Abstract:
In this study, investigation was done on the physical characterization and determination of the porosity for a ion exchange catalyst called Amberlyst-35, which is used to produce for environmentally benign gasoline by using 3-D network modeling. In addition effect of different pore sizes were investigated in porous media. First step of this study, KALINET program which is run by Compact Visual Fortran (CVF) for modeling of porous structures, porous 3-D random images for different section uses the SECTION program and 3-D network drawing uses the KALINET3D program were transformed from fortran77 to fortran90. Thereby programs were run by Compact Visual Fortran (CVF). Second step of this study, the results of mercury porosimetry experiments conducted with Amberlyst-35 revealed a porosity value of 0.30. It was also observed from the experiments that penetration was occured between 6491- 35410 psia. Next, as the results obtained from the program theoretical penetration curve was drawn and was fitted to the experimental penetration values by changing the number of pores in each pressure interval and finaly the pore size distribution. Firstly, The pore size distribution was done by 3-D network model size of : (N) =30x30x30 which included 83700 pores. It was also same process that were applied network size (N) 40x40x40-50x50x50 which included 196800-382500 pores respectively. On the other hand, various sections of the images 3-D stochastic pore network were obtained from the SECTION program, which uses the data generated by KALINET under Compact Visual Fortran (CVF). Next, 3-D network images were drawn by KALINET3D computer program. As a conclusion the mercury porosimetry method which determine the porosity of ion exchange catalyst Amberlyst-35 was come true with the computer programs and it was obtained that the average porosity of sectioned images is (0.30). It is coincidence with porosity (0.30) obtained from experimental mercury porosimetry. It was also concluded that effect of network size could not be changed after a definite dimension upon structure of porous media.