Dolgulu kolonlarda kimyasal tepkimeli gaz absorbsiyonunda kütle transfer katsayısı tayini
Determination of mass transfer cofficient in packed columns for gas absorption with chemical reactions
Yazar: MURAT ÇAĞLAYAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. VURAL EVREN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 1997
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Dolgulu kolonlar = Packed columns ; Film = Film ; Gazlar = Gases ; Kütle aktarımı = Mass transfer

Özet:
ÖZET Bu araştırmanın amacı, dolgulu kolonda, CO^'nin dietanolamin (DEA) çözeltilerinde kimyasal reaksiyonlu absorpsiyonunda sıvı filmi kütle transfer katsayılarının (kLa) bulunmasıdır. Geri döngülü sistemler için özdural tarafından geliştirilmiş olan yöntemin kullanıldığı bu araştırmada, deneysel sonuçlarla kurulan matematik modelin nümerik çözümünden elde edilen sonuçlar birleştirilmiş ve kütle transfer katsayıları tayin edilmiştir. Gaz filmi direncini ortadan kaldırmak amacıyla saf CO^'nin kullanıldığı çalışmalarda sıcaklık 25 °C'de sabit tutulmuş, sıvı ve gaz debüerinin (akış hızları) yanısıra, rezervuar başlangıç DEA konsantrasyonu ve kolon dolgu yüksekliği parametreleri değiştirilerek bu parametrelerin kütle transfer katsayılarına etkileri incelenmiştir. Birinci grup deneylerde, dolgu yüksekliği (Hk) 1.20 m'de sabit tutulmuş, rezervuar başlangıç DEA konsantrasyonu (Cd,i,o) 1.039-2.078 kmol.nr3 aralığında, DEA çözeltisi debisi (L) 0.00265-0.01525 m3.m'-2.s-i aralığında, C02 debisi (G) 0.033-0.099 m3.m_2.s"1 aralığında değiştirilmiştir. Deneyler, çalışılan her DEA çözeltisi debisi, konsantrasyonu ve CO2 debisi permütasyonu için tekrarlanmıştır. İkinci grup deneylerde ise, kolon dolgu yüksekliği yarıya düşürülmüş (0.60 m) rezervuar başlangıç konsantrasyonu 2.078 kmol.nr3 değerinde, CO2 debisi 0.033 m3.m2.s_1 değerinde sabit tutularak çözelti debisi 0.00265-0.01525 m3.m-2.s-1 aralığında değiştirilmiştir. Yapılan deneyler sonucu, çalışılan çözelti debisi, CO2 debisi, rezervuar başlangıç DEA konsantrasyonu ve kolon dolgu yüksekliğine bağlı olarak sıvı film kütle transfer katsayısı 0.0202-0.1270 s4 aralığında bulunmuştur. Bu değişimin nedenleri aşağıda sıralanmıştır. 1. Çözelti debisinin artmasıyla sıvı filmi kalınlığı ve direnci azalmakta, kolon sıvı kesri (e) ve özgül arayüzey alam (a) artmakta, bunlara bağlı olarak kLa artmaktadır. 2. Gaz debisinin artmasıyla, momentum transferi nedeniyle sıvı film direnci azalmakta kolon sıvı kesri ve özgül arayüzey alam artmakta ve bunlara bağlı olarak ^a artmaktadır. 3. Rezervuar başlangıç DEA konsantrasyonunun artmasıyla sıvı tarafı durgun film kalınlığı azalmakta, buna bağlı olarak kLa artmaktadır. 4. Kolon dolgu yüksekliğinin artmasıyla, oluşan kanallaşmalar ve uç etkileri nedeniyle kLa azalmaktadır.

Abstract:
Vİ ABSTRACT The aim of this work is to determine the liquid film mass transfer coefficients (kLa) for the absorption of CÛ2 with chemical reaction, for diethanolamin (DEA) solutions in packed column. The method developed by Özdural for feedback systems, is used in this research; the experimental results are combined with the results from the numerical analysis of the mathematical model of the system and mass transfer coefficients are determined. Püre CÛ2 is used for the removal of gas film resistance and the temperature is held constant at 25 °C- în addition to the liquid and gas flux (flow rates) changes, initial DEA concentration of the reservoir and packed column height parameters are changed and the effects on the mass transfer coefficients are examined. in the first group of experiment, the column packed height (HK) is held constant at 1.20 m; reservoir initial DEA concentration (CD.I.O) is changed in the range of 1,039-2.078 kmol.m-3, DEA solution flux (L) in 0.00265-0.01525 m3.m-2.s-1, CO2 flux (G) in 0.033-0.099 m3.m-2.s~1. Experiments are repeated for each DEA solution flux, concentration and CO2 flux permutation studied. in the second group of experiments, the column pack height is reduced in half (0.60 m); the solution flux is changed in the range of 0.00265-0.01525 m3.m-2.s-1 while the reservoir initial concentration is held constant at 2.078 kmol.m-3 and the CO2 flux at 0.033 m3.m-2.s-1. Experimental results yield that the liquid film mass transfer coefficient takes values in the interval of 0.0202-0.1270 s-1 depending on the solution flux, CO2 flux, reservoir initial DEA concentration and packed column height under study. The reasons for the mass transfer coefficients values are in this interval are as follows: 1.Increasing solution flux causes a decrease in the liquid film thickness and resistance, and an increase in the column liquid fraction (e) and specific interface area (a). Therefore, kı,a increases. 2.Increasing gas flux results in a decrease in the liquid füm resistance, and increase in both the column liquid fraction and specific interface area due to the momenttim to transfer. Therefore, ls.ua. increases. 3.Liquid face stationary füm thickness decreases with the increasing reservoir initial DEA concentration. As a result, ^a increases. 4.Increasing column packed height causes ^a to decrease due to the channeling and end effects.