Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ile kükürt yakma fırınına bağlı gaz eşanjörü tasarımı

Tez çalışmasının konusu, sodyum metabisülfit üretim tesisinin ilk prosesi olan yakma işleminde kullanılacak olan kükürt yakma fırınına bağlı gaz eşanjörünün tasarım faaliyetlerini gerçekleştirmektir. Bu kapsamında gövde borulu tip ısı değiştiricisinin (shell and tube heat exchanger) optimum tasarımı, CFD analizi, imalatı ve basınçlı kaplar standardı olan EN13445 standardına uygun mekanik hesapları ele alınacaktır. Tasarımda, bir sodyum metabisülfit tesisinde kullanılan yanma fırını ve bu fırına bağlı gaz eşanjörüne ait veriler kullanılmıştır. Gıda endüstrisinin ilk sırada olduğu kozmetik, kâğıt, tekstil, şeker, deri, lastik, konserve sanayileri ve madencilik gibi birçok alanda kullanılan inorganik bir tuz olarak da bilinen sodyum metabisülfit imalatındaki iki hammadden biri kükürttür. Sodyum metabisülfitin imalatında ilk proses aşaması olan kükürt yakma prosesinde kükürt yakılarak kükürtdioksit gazı üretilmektedir. (S + O2 = SO2) Kükürt yakma prosesinde gerçekleşen yanma olayı ekzotermiktir. Ekzotermik yanma sonucunda ortaya çıkan enerji yanma gazlarının sıcaklığını yükseltir. Fırın içerisindeki sıcaklık 1000-1200°C arasında olması hedeflenir. Bu yüksek sıcaklıklılardaki kükürtdioksit gazı fırın içerisinde soğutma havası bağlı ceketli bir bölümden yol alarak yaklaşık 1000°C sıcaklıkta kükürt yakma fırınına bağlı gaz eşanjörüne girerek soğutma işlemi gerçekleştirilir. Gaz sıcaklığını 350°C'nin altına düşürmek hedeflenir ve bir sonraki proses için hazır hale gelmesi istenir. Bu yüksek sıcaklıklılardaki kükürt yakma fırınına bağlı kükürtdioksit gazını soğutmak için kullanılan gaz eşanjörünün tasarımı çok kritik bir öneme sahiptir. Bu gaz eşanjörü atık ısı geri kazanım sistemi gibi çalışan bir sistem ile çok benzer olacaktır. Bu çalışmada ayrıca kimya sektöründe hizmet veren bu tesisin gaz yakma prosesi sonucunda açığa çıkan ısının geri kazanım potansiyeli de araştırılmıştır. Yanma prosesinin gerçekleşeceği 1000-1200°C sıcaklığındaki bir kükürt yakma fırınından çıkan gaz ısısının, soğutulması sırasında sisteme kazandırılabileceği enerji kullanımı da planlanmıştır. Kükürt yakma sistemine gaz eşanjörü dâhil edilmesi ile birlikte kükürt gazı sıcaklığı soğutularak bir sonraki prosese uygun hale getirilmesi amaçlanırken aynı zamanda tesiste buhar, ısıtma, sıcak su ve proses ihtiyaçlarını karşılayabileceği amaçlanmıştır. Bu tasarım hem akışkanlar dinamiği (CFD) analizi ile hem de mekanik analiz (güncel standartlara uygun basınçlı kap tasarım hesabı) ile desteklenmiştir.