Jet çevrimli reaktörde ozonun kütle transferinin incelenmesi
Investigation of the mass transfer of ozone in jet loop reactor
Yazar: İBRAHİM CENGİZ
Danışman: PROF. DR. ERGÜN YILDIZ
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Çevre Mühendisliği = Environmental Engineering
Dizin: Kütle aktarımı = Mass transfer ; Ozon = Ozone ; Ozonlama = Ozonation

Özet:
Jet loop reaktörde ozonun kütle transferinin incelenmesi için yaptığımız çalışmada ilk önce sıcaklık, üretilen ozon gazı konsantrasyonu, reaktöre gönderilen gaz debisi, püskürtme başlığı çapı ve sirkülasyon debisi gibi parametrelerin kütle transferi üzerine etkisi araştırılmıştır. Daha sonra aynı şartlarda kabarcıklı kolonda yapılan denemeler ile jet loop reaktöründe ozonun kütle transferi açısından mukayese edilmiştir.Sıcaklığın etkisi üzerinde pH=2,26'da yapılan çalışmada artan sıcaklık değerlerinde çözünmüş ozon konsantrasyonlarında azalma, hesaplanan kLa değerlerinde ise artış olduğu anlaşılmıştır. 15 oC'de 0,5 dak-1 olan kLa değeri 30 oC'ye kadar %50 artışla 0,75 dak-1'e çıkmıştır ve 35 oC'ye kadar sabit kalmıştır. Ozon gazı konsantrasyonun etkisi için 3,6-17 g/m3 aralığında yapılan çalışmalarda kLa değerleri değişmemiş ve yaklaşık 0,47 dak-1 olarak hesaplanmıştır. Jet loop reaktöre gönderilen gaz debisinin etkisi için 50-250 L/saat aralığında çalışılmış ve artan gaz debileri kLa değerini 0,083'den 0,42'e kadar 5 kat artırmıştır. Sıvı sirkülasyon debisi etkisi incelendiğinde 40 L/dak.'dan 80 L/dak.'ya çıkıldığında kLa değeri yaklaşık %43 artmıştır. Ancak bu işlem için reaktör hacmi başına tüketilen güç 8 kat artarak 2,7 kW/m3 değerine ulaşmıştır. Yaklaşık 2,8 kW/m3 değerinden fazla olacak şekilde uygulanan sıvı sirkülasyon hızlarında kLa değerleri kabarcıkların birleşmesi ve yüzey alanının azalmasından dolayı azalmaktadır.Aynı şartlarda kabarcıklı kolonda 1 kWh başına 1,6-2,2 kg ozon transferi gerçekleşirken, jet loop reaktörde bu değer 3,0-3,5 kg O3/kWh değerine kadar çıkmıştır. Literatürdeki diğer ozonlama sistemleri ile kıyaslama ozon gazı kütleleri başına elde edilen maksimum kLa değerleri kullanılarak yapılmış ve jet loop reaktörün 1,56 saat-1/g ile emsalleri arasında oldukça iyi bir performans gösterdiği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
In the study investigated for the mass transfer of ozone in jet loop reactor, first the effects of the parameters such as temperature, generated ozone gas concentration, gas flow rate into the reactor, nozzle diameter and the rate of circulation on mass transfer were investigated. Later, the results of the experiments conducted in bubble column and jet loop reactor were compared with respect to the mass transfer of ozone under the same conditions.In the study conducted for the effect of the temperature at pH=2,26, it was observed that the dissolved ozone concentration at increasing temperature values decreased, the values of kLa increased. The value of kLa that is 0,5 min-1 at 15 oC rised with %50 increase to 0,75 min-1 up to 30 oC, and stayed constant up to 35 oC. In the study conducted for the effect of the ozone gas concentration in the range of 3,6-17 g/m3, the value of kLa did not change and was calculated approximately as 0,47 min-1. For the effect of the gas flow rate into the jet loop reactor, the experiments were conducted in the range of 50-250 L/hr, and the increasing gas flow rate enhanced the value of kLa from 0,083 to 0,42 min-1 as 5 times. In the study conducted for the effect of the liquid circulation flowrate, the value of kLa increased approximately %43 when the flow rate changed from 40 to 80 L/min-1. But, the power consumed per reactor volume reached to 2,7 kW/m3 by increasing 8 times. The values of kLa decreased at the liquid circulation velocities applied to be greater approxiametly than 2,8 kW/m3 due to the coalescence of the bubbles and decrease of the surface area.Under the same conditions in bubble column, while 1,6-2,2 kg ozone transfer was realized per 1 kWh, this value in jet loop reactor rised up to 3,0-3,5 kg O3/kWh. The comparison with other ozonation systems in the literature was conducted via the maximum kLa values obtained per unit ozone gas mass, and it was concluded that the jet loop reactor performed well with the similar ones for a values of 1,56 h-1/g.