Ağır hidrokarbonlardan dizel yakıt elde etmek için katalizörlü ortamda tübüler ve cstr reaktör tasarımının yapılması ve proses optimizasyonu

Tezin başlangıç bölümünde, ağır petrol fraksiyonlarından dizel yakıt üretimi için karıştırma hızının önemi ve bu süreçte kullanılacak en uygun ham maddenin seçimi üzerinde durulmuştur. Araştırmanın temel hedefi, karıştırma hızının 20 devir/dakika olduğu durumlarda, spesifik bir geometri altında hangi ham maddenin en etkin sonuçları vereceğini belirlemektir. Bu hız, ham maddenin ve ağır petrol fraksiyonunun 370°C'ye kadar ısıtılması sırasında homojen bir karışımın elde edilmesi için kritik bir faktördür. Çalışmada, karıştırma mekanizmasının etkinliğinin, katalizörün çatlatma sürecini başlatmak için gerekli ideal fiziksel koşulların oluşturulmasında nasıl bir rol oynadığı incelenmiştir. Bu süreç, dizel yakıt üretimindeki verimliliği artırmanın yanı sıra, işletme maliyetlerini optimize etme potansiyeline de sahiptir. Bu bölümde ayrıca, seçilen ham maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin, genel süreç verimliliği üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde analiz edilmiştir. Sürecin başarısı için karıştırma hızı ve ham madde seçiminin kritik önemi vurgulanarak, bu iki faktör arasındaki ilişkinin ve etkileşimin derinlemesine anlaşılması hedeflenmiştir. Tezde gerçekleştirilen detaylı analizler, RME 180'in süreç için en ideal ham madde olduğunu belirlemiştir. Bu seçim, karıştırma mekanizmasındaki torkun etkisi ve buna bağlı olarak tüketilen güç dikkate alınarak yapılmıştır. RME 180, belirlenen süreç koşullarında hem fiziksel hem de kimyasal açıdan en uygun performansı sunan madde olarak öne çıkmıştır. Ancak, süreçteki ideal koşulları tam anlamıyla sağlamak adına RME 180'in diğer bileşenlerle dengeli bir şekilde uyarlanması gerektiği sonucuna varılmıştır. Bu uyarlama, sürecin genel verimliliğini ve stabilitesini artırmak için kritik bir adımdır. Ayrıca, tezde, karıştırılan malzemelerin yoğunluğu ve viskozitesinin, reaktörün tasarımı ve işletme maliyetleri üzerinde önemli etkileri olduğu analiz edilmiştir. Yoğunluk ve viskozite, karışımın homojenliği, ısı transferi verimliliği ve katalizör etkinliği gibi süreç parametreleri üzerinde doğrudan etkilidir. Bu bağlamda, RME 180 ve diğer bileşenlerin karışım oranları, sürecin genel performansını etkileyen kritik değişkenler olarak tanımlanmıştır. Tezde ayrıca, RME 180'in karıştırma sırasında meydana gelen fiziksel ve kimyasal değişimlere adaptasyonu, yan ürün oluşumu, enerji tüketimi ve son ürün kalitesi gibi çeşitli yönlerden incelenmiştir. Bu analizler, süreç optimizasyonu ve maliyet etkinliği açısından RME 180'in kullanımının avantajlarını ve potansiyel sınırlamalarını ortaya koymaktadır. Son olarak, tezde, karıştırma hızı ve ham madde seçiminin süreç verimliliği üzerindeki etkileşiminin derinlemesine incelenmesi, süreç tasarımında önemli iyileştirmeler yapılmasına olanak tanımış ve dizel yakıt üretiminde verimliliği artırma potansiyeli sunmuştur. İncelenen hammadde, 370°C'ye kadar 600 mmbar vakum basınç altında destile edilmiş endüstriyel atık yağ kalıntılarıdır. Bu ham maddenin yoğunluğu, parlama noktası ve sıcaklıkla azalan vizkozitesi, sürecin verimliliği ve güvenliği için önemli parametreler olarak dikkate alınmıştır. FTIR analizi ile hammadde ve ürünlerin kimyasal bileşenleri incelenmiş, bu sayede süreç sırasında meydana gelen kimyasal dönüşümler anlaşılmıştır. Bu analizler, hammadde ve ürünlerin kimyasal ve fiziksel özelliklerindeki değişimleri detaylandırmakta, süreç verimliliği ve ürün kalitesi değerlendirmesi için kritik bilgiler sağlamaktadır. Bu bölüm, sürecin temel bileşenlerini ve analiz yöntemlerini kapsamlı bir şekilde değerlendirerek, sürecin anlaşılmasına ve iyileştirilmesine katkıda bulunmaktadır. Yapılan hesaplamalar, sürecin iki aşamasında hammadde kullanımı ve elde edilen destilat miktarları üzerinde yoğunlaşmıştır. İlk çevrimde, hammadde olarak kullanılan 10 kilogram atık yağdan, sürecin sonunda 5 kilogram destilat elde edilmiştir. Bu, sürecin ilk aşamasında %50'lik bir verimlilik oranına işaret etmektedir. Bu verimlilik, hammadde kullanımının etkinliği ve sürecin başlangıç aşamasında elde edilen ürün kalitesi açısından önemlidir. İkinci çevrimde, kalan ham maddenin işlenmesi sonucunda %47.4'lük bir verimlilik oranı elde edilmiştir. Bu oran, sürecin devamlılığı ve stabilitesi açısından değerlendirilmiştir. İlk çevrimle karşılaştırıldığında, ikinci çevrimde bir miktar verimlilik düşüşü gözlemlenmiş olup, bu durum sürecin sürekliliği ve optimize edilmesi gereken alanlar hakkında önemli bilgiler sunmaktadır. Toplamda, başlangıçta kullanılan hammadde miktarının %72.5'i, iki çevrim sonucunda destilat olarak geri kazanılmıştır. Bu oran, sürecin genel verimliliğini ve hammadde kullanımının etkinliğini göstermektedir. Bu verimlilik değerlendirmesi, sürecin maliyet etkinliği ve çevresel sürdürülebilirliği açısından da önem taşımaktadır. Süreçteki bu verimlilik oranları, hammadde kullanımının optimize edilmesi, enerji tüketiminin azaltılması ve yan ürünlerin en aza indirilmesi gibi konular üzerinde daha fazla çalışma yapılması gerektiğini göstermektedir. Ayrıca, bu verimlilik analizi, sürecin geliştirilmesi için potansiyel alanları ortaya koymakta ve süreç optimizasyonu için yol gösterici bilgiler sunmaktadır. Tezde yer alan grafik analizler, sürecin başlangıcından sonuna kadar ham maddenin ve işlemden geçirilen ürünlerin kimyasal yapılarını derinlemesine incelemekte ve karşılaştırmaktadır. Bu grafiksel değerlendirmeler, süreç içindeki kimyasal dönüşümleri gözlemlenebilir ve ölçülebilir hale getirerek, sürecin anlaşılmasında ve iyileştirilmesinde kritik bir rol oynamaktadır. Grafikler, özellikle FTIR spektrumları ve kromatografik analiz sonuçları gibi çeşitli analitik tekniklerle elde edilen verileri içermektedir. Bu grafiksel veriler, ham maddenin ve son ürünlerin moleküler seviyede nasıl değiştiğini göstermektedir. Örneğin, FTIR spektrumları, ham maddenin işleme girmeden önceki ve sonrasındaki kimyasal bağların ve grupların varlığını ve değişimini görselleştirmektedir. Bu, sürecin kimyasal dönüşümlerini ve potansiyel yan ürünleri belirlemek için hayati öneme sahiptir. Analizler, ayrıca süreç sırasında meydana gelen alifatik ve aromatik bileşiklerin, hidrokarbon zincirlerinin ve diğer kimyasal yapıların dönüşümlerini de içermektedir. Grafiklerdeki bu değişiklikler, sürecin verimliliği, ürün kalitesi ve çevresel etkileri açısından değerlendirilmiştir. Ham maddenin işlenmesi sırasında meydana gelen bu kimyasal değişiklikler, sürecin kimyasal mekanizmalarını ve reaksiyon yollarını daha iyi anlamak için kritik bilgiler sunmaktadır. Sonuç olarak, grafik analizleri, sürecin her aşamasında ham maddenin ve elde edilen ürünlerin kimyasal yapısındaki değişikliklerin kapsamlı bir değerlendirmesini sağlamaktadır. Bu analizler, sürecin optimizasyonu ve kontrolü için önemli bilgiler sağlarken, aynı zamanda süreç mühendisliği ve kimyasal reaktör tasarımındaki yenilikler için temel oluşturmakta ve gelecekteki iyileştirmeler için yön göstermektedir.HAD (Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği) modellemesi, sürecin teorik ve simülasyon temelli bir analizini sunarken, gerçek laboratuvar deneyleri bu simülasyon sonuçlarını pratikte test etmek için kullanılmıştır. HAD modellemesi, sürecin akışkan hareketi, ısı transferi ve kimyasal reaksiyonlar gibi çeşitli dinamiklerini detaylı bir şekilde analiz etmekte ve dönüşüm oranları gibi kritik performans göstergelerini hesaplamaktadır. Ancak, HAD çalışmalarında elde edilen dönüşüm oranları, gerçek laboratuvar deneylerinde elde edilen sonuçlara göre daha düşük bulunmuştur. Bu farklılık, HAD modelinin gerçek dünya koşullarını tam olarak yansıtamayabileceği anlamına gelmektedir ve modelin bazı kısıtlamalarını veya varsayımlarını ortaya koymaktadır. Bu farkın analizi, HAD modelinin belirli parametrelerinin, reaksiyon mekanizmalarının veya fiziksel koşulların gerçek dünya senaryolarına tam olarak uyum sağlayamadığını göstermektedir. Örneğin, modelde kullanılan reaksiyon hızları, sıcaklık dağılımları veya karıştırma verimliliği gibi faktörler, gerçek deney koşullarında farklılık gösterebilir. Bu durum, süreç mühendisliği ve modelleme alanında önemli bir bulgudur ve gelecekteki HAD modellemelerinin geliştirilmesi için önemli yönler sunmaktadır. Ayrıca, HAD modelleme sonuçlarının ve gerçek deney verilerinin karşılaştırılması, süreç tasarımı ve işletmesi için kritik olan süreç parametrelerinin daha iyi anlaşılmasını sağlamaktadır. Bu karşılaştırma, modelin güçlü yönlerini ve sınırlamalarını belirlemek, ayrıca sürecin daha verimli ve etkin hale getirilmesi için gereken iyileştirmeleri tanımlamak için kullanılmıştır. HAD modellemesi ve gerçek deneyler arasındaki bu etkileşim, sürecin daha iyi anlaşılması ve optimizasyonu için değerli bilgiler sağlamakta, aynı zamanda süreç mühendisliği uygulamalarında teorik ve pratik bilgilerin entegrasyonunu teşvik etmektedir. Eşanjör hesaplamaları, enerjinin korunumu yasasına dayanarak yapılmış ve ısı değiştiricilerin süreçteki etkinliği ve rolleri incelenmiştir. Gövde tipi ısı eşanjörleri analizi, giren yağ ve su akışlarının ters yönde hareket ettiğini ve bu durumun ısı transferini nasıl optimize ettiğini göstermiştir. Eşanjörlerin tasarımı, sürecin ısı ihtiyaçlarını karşılamak ve enerji verimliliğini artırmak için önemlidir. Giren ve çıkan akışların sıcaklıkları, debi hızları ve ısı kapasiteleri gibi parametreler, ısı eşanjörlerinin boyutlandırılması ve malzeme seçiminde dikkate alınmıştır. Bu hesaplamalar, sürecin çeşitli aşamalarında gerekli ısı değişim miktarlarını ve bu değişimin en etkin şekilde nasıl sağlanacağını belirlemekte, enerji geri kazanım potansiyellerini ve ısı eşanjörlerinin süreç içindeki yerleşimini ele almıştır. Isı eşanjörlerinin tasarımı ve yerleşimi, sürecin genel verimliliğini ve ekonomik performansını etkileyen kritik faktörlerdir ve bu hesaplamalar, enerji verimliliği ve sürdürülebilirlik açısından süreç mühendisliği uygulamalarına önemli katkılar sağlamaktadır. Reaktör boyu hesaplamaları, sürecin etkinliği ve güvenliği açısından hayati öneme sahip olan akışkanların hızı ve debisi gibi çeşitli parametreler üzerinde yoğunlaşmıştır. Bu hesaplamalar, reaktörün tasarımını ve işletmesini optimize etmek için kritik bilgiler sunar. Reaktörün boyutlandırılması, kimyasal reaksiyonların verimliliği, ısı transferi, basınç düşüşleri ve akış dinamikleri gibi birçok faktörü dikkate alarak gerçekleştirilmiştir. Reaktör boyutunun belirlenmesi, hammadde ve katalizör arasındaki temas süresini, reaksiyon hızını ve son ürün kalitesini doğrudan etkileyen bir faktördür. Bu hesaplamalar, sürecin ölçeklenmesi ve endüstriyel uygulamalara adapte edilmesi için temel oluşturur ve süreç verimliliği ile ekonomik performansı arasında optimal bir denge sağlamaya yardımcı olur. Bu tez, ağır hidrokarbonlardan dizel yakıt üretimi sürecinde karıştırma hızının ve ham maddenin seçiminin kritik önemini ortaya koymuştur. Araştırma, reaktör tasarımı, işletme maliyetleri ve süreç verimliliği gibi çeşitli yönlerde kapsamlı bilgiler sunarak, sürecin etkin bir şekilde gerçekleştirilmesi için gerekli koşulları ve tasarım parametrelerini belirlemiştir. Teorik analizler ve deneysel bulguların entegrasyonu, süreç tasarımı ve işletmesine dair değerli bilgiler sağlamıştır. Bu çalışma, süreç mühendisliği ve kimyasal reaktör tasarımı alanlarına önemli katkılar sunarak, bu alanlardaki ileriye dönük çalışmalar için güçlü bir temel oluşturmuştur. Sonuç olarak, tez, süreç mühendisliği uygulamaları için önemli öneriler ve gelecekteki araştırmalar için yön gösterici bilgiler sağlamaktadır. Özellikle, süreç optimizasyonu, enerji verimliliği, çevresel etkiler ve maliyet-etkinlik açısından yapılacak iyileştirmeler, bu çalışmanın odak noktasını oluşturmaktadır. Tezin bulguları, endüstriyel uygulamalara ve gerçek dünya senaryolarına uygulanabilir niteliktedir ve bu alandaki gelecek çalışmalar için yol gösterici olacaktır.