Dolgulu yatak
Kimyasal süreçlerde, dolgulu yatak, içi dolgu malzemesiyle doldurulmuş boş bir tüp, boru veya bir kaptır. Dolgulu yatak; rastgele yerleştirilmiş Raschig halkaları gibi küçük parçalarla doldurulabileceği gibi, özel olarak tasarlanmış yapısal dolgu malzemeleri ile de oluşturulabilir. Ayrıca bu yataklar; zeolit pelletleri, aktif karbon granülleri gibi katalizör tanecikleri ya da adsorban maddeler içerebilir.
Dolgulu yatakların temel amacı, kimyasal ya da benzeri bir fiziksel süreçte iki faz arasındaki teması artırmaktır. Dolgulu yataklar; bir kimyasal reaktörde, damıtma sürecinde ya da bir gaz yıkayıcıda kullanılabilir. Bunun yanı sıra bazı kimyasal tesislerinde ısıyı depolamak amacıyla da kullanılırlar. Bu durumda, sıcak gazlar, ısıya dayanıklı bir dolgu malzemesiyle doldurulmuş bir kaptan geçirilerek dolgu malzemesi ısıtılır. Ardından hava veya başka bir soğuk gaz, bu sıcak yataktan geçirilerek tesise gönderilir ve bu şekilde gaz beslemesi önden ısıtılmış olur.
Uygulamalar
[değiştir | kaynağı değiştir]Absorpsiyon, sıyırma ve damıtma gibi ayırma işlemleri için kullanılan dolgulu yataklara dolgulu kolon denir.[1] Bazı kromatografi türlerinde kullanılan, dolgu malzemesiyle doldurulmuş tüpler de dolgulu kolon olarak adlandırılır ve yapıları dolgulu yataklara benzerlik gösterir.
Kolon yatağı, rastgele yerleştirilmiş dolgu malzemesiyle (rastgele dolgulu yatak) ya da sıvıların yatakta karmaşık yollar izlemesini sağlayacak şekilde düzenlenmiş yapılı dolgu bölümleriyle (yapılı dolgulu yatak) doldurulabilir. Kolonda sıvılar genellikle dolgu malzemesinin yüzeyini ıslatır ve bu yüzeyden geçen buharla kütle aktarımı gerçekleşir. Dolgu malzemeleri, damıtma kolonlarında raf yerine kullanılarak ayırma işlemini iyileştirebilir. Dolgular, raflara kıyasla daha düşük basınç düşüşü sağlayarak özellikle vakum basıncında çalışan kolonlarda avantaj sunar. Dolgu şekli ve yüzey alanı gibi faktörler performansı etkiler.
Performansa etki eden diğer önemli bir faktör ise sıvı ve buharın yatak girişindeki dağılımıdır. Gerekli ayırmanın sağlanabilmesi için, buhar-sıvı oranı doğru olmalı ve tüm kolon kesitine eşit dağılmalıdır. Eğer dağılım düzgün değilse, dolgu düzgün çalışmıyor gibi görünür ve teorik rafa eşdeğer yükseklik (HETP) beklenenden fazla olur. Bu durum dolgu malzemesinden değil, akışların kötü dağılımından kaynaklanır. Bu yüzden kolonlar içinde sıvı dağıtıcılar ve yeniden dağıtıcılar (redistribütör) bulunur ve bu ekipmanlar, sıvının dolgu üzerine düzgün dağılmasını sağlayarak kütle aktarımı verimini artırır. Bu sıvı dağıtıcıların tasarımı, dolgunun maksimum verimle çalışması açısından kritiktir.
Dolgulu kolonlar, her bir rafın ayrı bir buhar-sıvı denge noktasını temsil ettiği geleneksel raflı damıtma kolonlarının aksine sürekli bir buhar-denge eğrisine sahiptir. Bununla birlikte, dolgulu kolonları modellerken, dolgulu kolonun geleneksel raflı kolonlara göre ayırma verimliliğini belirtmek için bir dizi teorik rafı hesaplamak yararlıdır. Tasarımda, gerekli teorik denge basamağı belirlenir, ardından teorik basamağa eşdeğer dolgu yüksekliği (HETP) hesaplanır. Gerekli toplam dolgu yüksekliği = teorik basamak sayısı × HETP ile bulunur.
Dolgu yataklı reaktörler
[değiştir | kaynağı değiştir]Dolgu yataklı reaktörler, sabit yatak halinde katalizör içeren reaktörlerdir. Kimyasal süreç endüstrisinde yaygın olarak kullanılırlar ve özellikle heterojen, gaz fazında gerçekleşen katalitik reaksiyonlar için tercih edilirler. Bu reaktörlerin avantajları; katalizör başına yüksek ürün dönüşümü, görece düşük işletme maliyetleri ve sürekli çalışma olanağıdır. Dezavantajları ise yatakta oluşan ısıl gradyanlar, sıcaklık kontrolünün zayıf olması ve reaktör bakımının zor olmasıdır.[2]
Teori
[değiştir | kaynağı değiştir]Dolgulu yatakta basınç düşüşü; akışkan hızı, dolgu boyutu, akışkanın viskozitesi ve yoğunluğu gibi parametrelere bağlı olarak Ergun denklemi ile tahmin edilebilir.
Ergun denklemi, Dünya yüzeyindeki sistemler için güvenilir bir model olsa da, yerçekimsiz ortam koşullarında geçerli değildir. Bu nedenle, Uluslararası Uzay İstasyonu'nda (ISS) hâlihazırda yörüngede çalışacak dolgulu yataklı reaktörler için veri toplanmakta ve daha güvenilir modeller geliştirilmektedir.[3]
İşletme takibi
[değiştir | kaynağı değiştir]Bir dolgulu yatağın performansı, içinden geçen akışa ve bu akışın dolgu içindeki dağılımına bağlıdır. Bu dağılımı ölçmek için tomografik teknikler (kızılötesi, x-ışını, gama ışını, elektriksel kapasitans, elektriksel direnç tomografisi gibi) kullanılır. Hangi tomografi tekniğinin kullanılacağı; ölçüm amacı, dolgu rastgeleliği, güvenlik gereksinimleri, veri toplama hızı ve bütçeye bağlı olarak değişir.[4][5][6][7][8][9]
Ayrıca bakınız
[değiştir | kaynağı değiştir]- Sürekli damıtma - Sürekli çalışan distilasyon türü
- Kozeny-Carman denklemi - Akışkanlar mekaniğinde kullanılan bir ilişki
- Akışkan yatak - Fiziksel bir olgu
- Industrial Tomography Systems - Birleşik Krallık, Manchester merkezli bir şirket
- Dixon halkaları
- Rastgele kolon dolgu malzemesi
Kaynakça
[değiştir | kaynağı değiştir]- Özel
- ^ Seader, J.D.; Henley, Ernest J. (2006). Separation Process Principles (2nd bas.). John Wiley & Sonstahm. ISBN 0-471-46480-5.
- ^ Fogler, H. Scott (2006). Elements of Chemical Reaction Engineering (4th bas.). Prentice Hall. ISBN 0-13-047394-4.
- ^ St. Onge, Tom. "PBRE". Space Flight Systems. Glenn Research Center. 5 Eylül 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Aralık 2015.
- ^ Salem, Karijm; Tsotsas, Evangelos; Mewes, Dieter (1 Ocak 2005). "Tomographic measurement of breakthrough in a packed bed adsorber". Chemical Engineering Science. 60 (2): 517-522. doi:10.1016/j.ces.2004.08.013. ISSN 0009-2509. 16 Kasım 2018 tarihinde kaynağından arşivlendi20 Haziran 2025.
- ^ Toye, D; Marchot, P; Crine, M; L'Homme, G (1 Mart 1996). "Modelling of multiphase flow in packed beds by computer-assisted x-ray tomography". Measurement Science and Technology. 7 (3): 436-443. doi:10.1088/0957-0233/7/3/027. ISSN 0957-0233.
- ^ Johansen, G.A. (2015), "Gamma-ray tomography", Industrial Tomography (İngilizce), Elsevier, ss. 197-222, doi:10.1016/b978-1-78242-118-4.00007-1, ISBN 978-1-78242-118-4, 11 Temmuz 2024 tarihinde kaynağından arşivlendi22 Ekim 2023
- ^ Schubert, Markus; Hessel, Günther; Zippe, Cornelius; Lange, Rüdiger; Hampel, Uwe (1 Temmuz 2008). "Liquid flow texture analysis in trickle bed reactors using high-resolution gamma ray tomography". Chemical Engineering Journal. 140 (1): 332-340. doi:10.1016/j.cej.2007.10.006. ISSN 1385-8947.
- ^ Wu, Hao; Buschle, Bill; Yang, Yunjie; Tan, Chao; Dong, Feng; Jia, Jiabin; Lucquiaud, Mathieu (1 Aralık 2018). "Liquid distribution and hold-up measurement in counter current flow packed column by electrical capacitance tomography". Chemical Engineering Journal. 353: 519-532. doi:10.1016/j.cej.2018.07.016. hdl:20.500.11820/ac4eaca9-e1ee-4908-bbf9-970328f64eb8. ISSN 1385-8947. 15 Nisan 2024 tarihinde kaynağından arşivlendi20 Haziran 2025.
- ^ Eda, Takeshi; Sapkota, Achyut; Haruta, Jun; Nishio, Masayuki; Takei, Masahiro (2013). "Experimental Study on Liquid Spread and Maldistribution in the Trickle Bed Reactor Using Electrical Resistance Tomography". Journal of Power and Energy Systems. 7 (2): 94-105. doi:10.1299/jpes.7.94. 20 Haziran 2025 tarihinde kaynağından arşivlendi20 Haziran 2025.
- Genel
- Perry, Robert H.; Green, Don W. (1984). Perry's Chemical Engineers' Handbook (6. bas.). McGraw-Hill. ISBN 0-07-049479-7.