Polistren, bitümlü şist ve karışımlarının termal parçalanma kinetiklerinin termogravimetrik analiz cihazı kullanılarak incelenmesi
Investigation of thermal degradation kinetics of polystyrene, oil shale and their blends by a thermogravimetric analyser
Yazar: LEVENT DEĞİRMENCİ
Danışman: PROF. DR. TÜLAY DURUSOY
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2002
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Bitümlü şistler = Oil shales ; Kinetik = Kinetics ; Polistiren = Polystyrene ; Termal parçalanma = Thermal degradation

Özet:
Göynük bitümlü şisti, polistiren ve karışımlarının termal parçalanma deneyleri 293- 1173 K sıcaklık aralığında, argon atmosferi altında, SETARAM TG DTA 92 cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen verilerin Arrhenius modeline uygun olarak kinetik analizleri yapılmış, kinetik parametreler hesaplanmıştır. Göynük bitümlü şistinin termal parçalanmasına ısıtma hızının ve tanecik boyut aralığının etkisi, 10-60 K/dk ısıtma hızı aralığında ve (-88+500) um tanecik boyut aralıklarında yapılan deneylerle incelenmiştir. Isıtma hızının artmasıyla en yüksek ağırlık kaybı hızı (DTGm) ve en yüksek ağırlık kaybının gerçekleştiği sıcaklık (Tm) değerlerinde artış olduğu, toplam dönüşüm (TD) değerlerinde önemli bir değişikliğin olmadığı görülmüştür. En düşük Tm değeri 631 K olarak 10 K/dk ısıtma hızında (-88) um tanecik boyut aralığında hesaplanmıştır. Polistirenin termal parçalanmasına ısıtma hızının ve tanecik boyutunun etkisi, 10- 30 K/dk ısıtma hızlarında 2 ve 5 um tanecik boyutlarında yapılan deneylerle incelenmiştir. Isıtma hızının artmasıyla DTGm ve Tm değerleri artış göstermiştir. Tanecik boyutu 2 um'den 5 um'ye arttığında DTGm ve Tm değerleri tüm ısıtma hızlarında artmıştır. Polistiren/bitümlü şist karışımlarının termal parçalanmasına ısıtma hızı ve karışma oranının etkisi 10-60 K/dk ısıtma hızı aralığında ve çeşitli karışma oranlarında yapılan deneylerle incelenmiştir. Isıtma hızının artmasıyla DTGm değerleri, tüm karışım oranlarında artmıştır. Bitümlü şiste polistiren eklenmesiyle 60 K/dk haricinde tüm ısıtma hızlarında Tm değerlerinde azalma görülmektedir. En düşük Tm değeri 688 K olarak (20/80) polistiren/bitümlü şist karışımının 10 K/dk ısıtma hızıyla yapılan deneyinden elde edilmiştir. Göynük bitümlü şistinin kinetik analizi gerçekleştirilmiş, en düşük aktivasyon enerjisi değeri 0.6 kJ/mol olarak (-210+149) um boyut aralığındaki bitümlü şist ile 60 K/dk ısıtma hızında gerçekleştirilen deneyin kinetik analizi sonucunda elde edilmiştir. Polistirenin termal parçalanmasının sonucunda, ısıtma hızının artmasıyla aktivasyon enerjilerinin tüm tanecik boyutlarında arttığı görülmüştür. Polistiren/bitümlü şist karışımlarının termal parçalanmalarının sonucunda genelde karışımlarda ısıtma hızının artmasıyla aktivasyon enerjisi ve reaksiyon hız sabiti değerlerinde azalma görülmüştür. Anahtar Kelimeler: bitümlü şist, polistiren, termal parçalanma, kinetik Danışman: Prof. Dr. Tülay DURUSOY, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Temel işlemler ve Termodinamik Anabilim Dalı

Abstract:
The thermal degradation of Göynük oil shale, polystyrene and polystyrene/oil shale blends were investigated by the experiments done in 293-1 173 K temprature interval, in the presence of argon atmosphere and by SETARAM TG DTA 92 apparatus. Kinetic analyses were done prior to Arrhenius model by practicing the data obtained from the experiments in the proposed model and kinetic parameters were calculated. Effects of heating rate and partical size interval on the thermal degradation of Göynük oil shale were examined by the experiments done in 10-60 K/min heating rate and (-88+500) pm particle size interval. It was seen from the experiments that the rate of maximum weight loss (DTGm) and the temperature corresponding to the rate of maximum weight loss (Tm) had increased by the increase in heating rate and the change of the total conversion (TD) had not been significant. The minimum value of Tm was calculated as 631 K in 10 K/min heating rate and (-88) pm particle size. Effects of heating rate and particle size on the thermal degradation of polystyrene were examined by the experiments done in 10-30 K/min heating rate interval and 2 and 5 pm particle sizes. DTGm and Tm values had increased with the increase in heating rate. As the particle size increased from 2 pm to 5 pm, DTGm and Tm values increased in all heating rates. Effects of heating rate and blending ratio on the thermal degredation of polystrene/oil shale blends were investigated by the experiments done in 10-60 K/min heating rate interval with various blending ratios. DTGm values had increased in all blending ratios with the increase in heating rate. Except in 60 K/min, it was seen that Tm values had been decreasing when polystyrene was blended with oil shale. The minimum Tm value was obtained as 688 K with the experiment done in 10 K/min heating rate and 20/80 polystyrene/oil shale blend. Kinetic analysis of oil shale was investigated and the minimum activation energy was calculated as 0.6 kJ/mol by the analysis of the data obtained by the experiment done in (-210+149) pm particle size interval and 60 K/min heating rate. The kinetic analysis of polystyrene indicated that the activation energy increased with increasing heating rate. As a result of the thermal degredation of polystyrene/oil shale blends it was generally seen that the activation energies and reaction rate constants decreased with increasing heating rate. Keywords: oil shale, polystyrene, thermal degredation, kinetic. Advisor: Prof. Dr. Tülay DURUSOY, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering, Unit Operations and Thermodynamics Section u