17
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Archived Theses
Klor-alkali elektrolizde gaz difüzyon elektrotların karakterizasyonu için galvanostatik akım kesme ölçümleri
Klor-alkali elektrolizi, kimya endüstrisinde en dikkate değer proseslerden biridir; diğer inorganik kimya prosesleriyle kıyaslandığında, en fazla üretim uygulaması içeren daldır. Klor ve kostik soda için elektrokimyasal üretim prosesleri 19. yy.'dan beri bilinmektedir. Zamanla prosesteki yeni gelişmeler ve ilerlemelerle başarılı bir şekilde enerji tüketimi azaltılabildi; buna rağmen klor-alkali endüstrisi tüm dünyada en fazla elektrik tüketen proseslerden biridir. Oksijen tüketen gaz difüzyonu elektrotunun katod olarak kullanımı uygulamasıyla, enerji tüketimi teorik olarak 30% azaltılabilir.Gaz difüzyon elektrotlarının (GDE) kullanımına bağlı olarak 30% enerji tasarrufu sağlanabilirse; bu aynı zamanda açığa çıkan CO2 gaz emisyonunun da tabiatta azaltılabileceği anlamına gelir.Bu ayrıntılı çalışmada temel, deneysel olarak elde edilen galvanostatik akım kesme ölçümlerine dayanır. Gaz difüzyon elektrotunun çalışma sistemleri incelenmiş ve elektrotların gelişimine katkı sağlamak amaçlanmıştır.Bölüm 2 klor-alkali elektrolizinin teorisini içermekte; dünyadaki klor ve kostik soda üretimi ve günümüzde bu üretim prosesinin uygulaması ve detayları hakkında bilgi vermektedir.Bölüm 3 hücre voltajı ve katkısını içermektedir; bölümün ikinci kısmında ise hem elektrokimyasal hücre hem de yakıt pilinde galvanostatik akım kesme tekniği incelenmiştir.Akım kesme ölçülmesinin karakterizasyonu başlığı altındaki bölüm 4'te, deneylerde kullanılan yöntemin uygulaması ve deney düzeneği hakkında bilgi verilmektedir.Bölüm 5 ise deneyin değerlendirilmesi ve deneysel yolla elde edilen sonuçların yorumlanması üzerinedir; akım kesme yöntemi yardımıyla, GDE çeşitlemeleri hakkında bir açıklama sunmaktadır. Bölüm 6 sonuçlar hakkında genel bir değerlendirme sunmakta ve gelecekte yapılacak çalışmalarda, üzerinde durulması gereken hususlara açıklık getirmektedir.Burada sunulan çalışma, endüstriden ortakların da katılmasıyla geniş bir işbirliği içinde gerçekleştirilmiştir. Bazı değerli hususlara, elde edilen sonuçlara, GDE'lerin yapısal planları ve değişimlerine, bu yüksek lisans tezinde projenin gizliliği nedeniyle girilmemiştir
Akrilik esaslı gözenekli polimerler ile çevreye zararlı maddelerin giderimi
Bu çalışmada, toluen/siklohekzan çözücü sistemi kullanılarak süspansiyon polimerizasyonu tekniği ile sentezlenen gözenekli ve çapraz bağlı poli(metil metakrilat) (PMMA) kopolimer tanecikler ile sulu çözeltilerden nikel ve fenol giderimi araştırılmıştır. Kopolimerlerin sentezinde başlangıç monomeri olarak metil metakrilat (MMA), çapraz bağlayıcı monomer olarak etilen glikol dimetakrilat (EGDM) ve seyreltici olarak toluen/siklohekzan karışımları kullanılmıştır. Polimerizasyon sisteminde kullanılan çözücü, çapraz bağlayıcı, başlatıcı ve stabilizör miktarları, reaksiyon sıcaklığı, karıştırma hızı vb. parametreler deney şartlarının optimizasyonu ile belirlenmiştir. Toluen/siklohekzan çözücü sistemi bileşimi ve EGDM oranı değiştirilerek farklı gözenekli yapıya sahip kopolimerler sentezlenmiş ve bu parametrelerin kopolimerlerin gözenekliliğine etkisi araştırılmıştır. Kopolimer tanecikler, yoğunluk, hacimce şişme oranı, ağırlıkça şişme oranı, SEM ve FT-IR ile karakterize edilmiştir. Kopolimer taneciklerin gözenekliliği ve yüzey oluşum şekilleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile belirlenmiştir. Kesikli olarak gerçekleştirilen sorpsiyon denemelerinde kopolimer taneciklerin Ni(II) iyonu ve fenol tutma kapasiteleri belirlenmiş, Freundlich ve Langmuir izotermlerine uygunluğu araştırılmıştır.Anahtar kelimeler: Adsorpsiyon, gözenekli polimerler, nikel giderimi, fenol giderimi
Kimyasal ekserji hesaplama yöntemlerinin petrol türevi hafif yakıtlara uygulanması
Günümüzde, kullanılan enerjinin kalitesi ve verimli kullanımı, en önemli araştırma konularından birisidir. Fosil enerji kaynaklarının azalmasına bağlı olarak, bu kaynaklar için verimliliğin artırılmasına yönelik çalışmalar hızla devam etmektedir. Fosil enerji kaynaklarından elde edilen yakıtların kullanıldığı proseslerin verimleri, kaynakların azalması sebebi ile daha da önemli hale gelmektedir.Proseslerin verimi, termodinamiğin birinci ve ikinci yasaları kullanılarak hesaplanır ve bu termodinamik kurallar ekserji analizinde uygulanır. Yapılan çalışmalarla enerji sistemlerinin daha verimli hale getirilmesi amaçlanır. Yanma reaksiyonlarının ve konsantrasyon değişimlerinin gerçekleştiği prosesler gibi kimyasal değişim proseslerinin analizinde kimyasal ekserji analizi önemli bir yer tutar. Kimyasal ekserji analizi ile, bir kimyasal değişim prosesinden elde edilebilecek maksimum yararlı iş hesaplanabilir. Bu tip bir analizin yapılabilmesi için, tüm kimyasal maddelerin kimyasal ekserji değerlerine ihtiyaç duyulur. Bu nedenle, petrol türevi yakıtlara ait kimyasal ekserji değerlerinin bilinmesi son derece önemlidir.Bu çalışmada, kimyasal ekserji hesaplama yöntemleri ile, petrol ve petrol türevi yakıtlara uygulanabilen yöntemler verilmiştir. Yapılan çalışmada, kimyasal ekserji hesaplamalarında termodinamik verilerin çok önemli olduğu ve bu tip verilerin eksikliğinin uygulanabilecek yöntemleri kısıtladığı görülmüştür. Burada açıklanan yöntemler uygulanarak, termodinamik verilerine ulaşılan petrol türevi yakıtların kimyasal ekserji değerleri hesaplanmıştır. Ayrıca, petrol türevi yakıtların bileşenlerinin de kimyasal ekserji değerleri hesaplanmış ve çizelgeler halinde sunulmuştur.Anahtar Kelimeler: Kimyasal ekserji, kimyasal ekserji hesaplamaları, petrol, petrol türevi yakıtlar, petrol türevi yakıtların kimyasal ekserji hesaplamaları.
Biyodizel üretiminde heterojen katalizör geliştirilmesi
Biyodizel, bitkisel, hayvansal ve kullanılmış yemek yağlarının katalizör eşliğinde kısa zincirli bir alkolle (metanol veya etanol) ile transesterifikasyon reaksiyonu sonucu açığa çıkan ve yakıt olarak kullanılan bir üründür. Reaksiyon esnasında yan ürün olarak gliserin oluşmaktadır. Transesterifikasyon sürecinde biyodizelin üretim verimini etkileyen en önemli parametrelerden biri kullanılan katalizörlerdir. Biyodizel üretiminde homojen ve heterojen katalizörler kullanılmaktadır. Homojen katalizörlerde verim yüksek olmasına rağmen sabunlaşma, fazla reaktif harcanması ve ekstra ayırma maliyeti gibi pek çok faktör üretim maliyetini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu yüzden sabunlaşmayı önleyen, yüksek verimli ve tekrar kullanılabilirliği yüksek heterojen katalizör geliştirme çabaları günümüzde büyük bir hız ve önem kazanmıştır.Bu çalışmada, doğal zeolit, volkanik tüf, CaO, MCM-41 ile ticari zeolitler (Z-700, Z-400) ise sentetik destek maddeleri olarak kullanılmıştır. Destek maddeleri üzerine KOH, KI, NaOH, ve Mg(NO3)2 gibi aktif maddeler ıslak emdirme yöntemine göre yüklenerek hazırlanan katalizörler kullanılmıştır. Doğal destek maddelerinin üzerine yükleme yapılmaksızın katalitik olarak aktif olup olmadıkları araştırılmıştır. Sıcaklık, konsantrasyon, metanol/yağ oranı, reaksiyon süresi, kullanılan katalizör tipi, yağ cinsi, destek maddesi ve boyut dağılımının ester dönüşüm verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sıcaklık, katalizör miktarı, aktif madde konsantrasyonu artışı, metanol/yağ oranı ve reaksiyonun süresinin optimum şartlara ulaşana kadar arttırılması ile verimin arttığı, katalizör tipine bağlı verimin değiştiği ve en iyi dönüşüm verimi ise KI yüklü doğal (zeolit A kodlu) destek maddesi kullanılarak yapılan çalışmalarda ulaşılmıştır. Ayrıca tanecik boyutunun artması ile verimin azaldığı gözlenmiştir.Bilim Kodu: 912.1.080Anahtar Kelimeler: Biyodizel, biyodizel üretimi, heterojen katalizör, iç esterdeğişimi, transesterifikasyon, zeolitSayfa Adedi: 132Tez Yöneticisi: Yrd. Doç. Dr. Muzaffer BALBAŞIProf. Dr. İrfan AR
Dipers turuncu boya ve karbon nanopartikül katkılı nematik sıvı kristallerin karakterizasyonu ve uygulanabilirliğinin araştırılması
Sıvı kristallerin Türkiye'de üretimi olmamakla birlikte oldukça yaygın kullanım alanları mevcuttur. Özellikle görüntü teknolojisindeki uygulamaları ile son yıllarda büyük ilgi odağı haline gelmişlerdir. Sıvı kristaller anizotropik birçok özelliğe sahip olup, görüntü ve benzeri birçok uygulama için uygun malzemelerdir. Bu doktora çalışmasında ilk olarak Dispers Turuncu 11, 13 ve 37 boyarmaddelerinin E7 sıvı kristali içerisindeki çözünürlükleri belirlendi. Bu aşamayı takiben boyarmaddelerin sıvı kristaldeki % 1'lik çözeltileri ve ardından ikili boyarmadde karışımları için düzen parametre değerleri spektrofotometrik olarak tayin edildi. Daha sonra boyarmadde ve sıvı kristalden oluşan karışımlara kütlece % 0,05 oranında iki farklı karbon nanopartikül eklendi ve boyarmadde-sıvı kristal karışımları için düzen parametre tayinleri nanopartikül ilaveli olarak gerçekleştirildi. Son olarak bu tayinlerin tamamı farklı gerilimler altında tekrarlandı. Düzen parametre tayinlerinin ardından numunelerin ısıl özellikleri irdelendi. Numunelerin tekstürlerinin eldesi ve ardı sıra gerçekleştirilen elektriksel karakterizasyon işlemleri ile çalışmalar tamamlandı. Yüzde çözünürlük değerleri bu boyarmaddeler için sırasıyla 2,24; 2,60 ve 0,20 olarak bulundu. Nanopartikül katkısız numuneler için düzen parametre değerinin 0,51-0,62 aralığında olduğu ve nanopartikül ilavesi ile bu değerlerin 0,56-0,74 aralığına yükseldiği görüldü. İkili boyarmadde karışımları ile bu değerler 0,90'lar mertebesine ulaştı. Numunelere ait termogramlar ile tekstürler birlikte incelendiğinde değerlerin birbiri ile uyumlu olduğu sonucuna ulaşıldı. Ayrıca kristale boyarmadde ve/veya nanopartikül ilavesinin sıvı kristal sıcaklık aralığını daraltmadığı, tam aksine artırıcı etki meydana getirdiği gözlemlendi.
Metan kuru reform reaksiyonunun kinetiğinin incelenmesi
Metanın kuru reform reaksiyonu, küresel ısınmaya neden olan sera gazlarının değerli hammaddelere ve alternatif yakıtlara dönüştürülmesinde önem taşımaktadır. Bu çalışmada, metanın karbondioksit reformu ile hidrojen üretiminde kullanım potansiyeli olabilecek aktif, uzun ömürlü, H2 seçiciliği ve verimi yüksek katalizörlerin geliştirilmesi ve reaksiyon şartlarının araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla, MCM-41 destekli Ni katalizörler sentezlenmiş ve katalitik özelliklerin iyileştirilebilmesi amacıyla yapıya soy metal (Ru) ve yükseltgeyici (Mg) ilavesi yapılmıştır. Yüksek yüzey alanına ve ısıl kararlılığa sahip MCM-41 malzemesi, katalizör destek maddesi olarak kullanılmıştır. Ni-MCM-41 katalizörler, Ni/Si molar oranı 0,2 olacak şekilde hidrotermal sentez yöntemi ile hazırlanmıştır. Katalitik aktiviteyi yükseltebilmek amacıyla katalizör yapısına emdirme yöntemi ile ağırlıkça %0,5, %1,0 ve %3,0 rutenyum (sırasıyla Ru/Si molar oranları 0,004, 0,011 ve 0,036) ilave edilmiştir. Katalizörlerin yapı ve fiziksel özelliklerinin belirlenebilmesi için XRD, BET yüzey alanı, N2 adsorpsiyon, EDS ve TGA analizleri yapılmıştır. Ni-MCM-41 malzemesi üzerine rutenyum eklenmesinin katalizör gözenek hacmini ve yüzey alanını azalttığı belirlenmiştir. Geliştirilen katalizörlerin katalitik test çalışmaları dolgulu kolon reaktör sisteminde gerçekleştirilmiştir. Aynı şartlarda yürütülen aktivite testlerinin sonrasında en iyi aktivite gösteren ağırlıkça %1,0 rutenyum içerikli 1,0Ru@Ni-MCM-41 (Ru/Si: 0,011) katalizörü ile farklı reaksiyon sıcaklıklarında (500-600oC) ve besleme gazı bileşimlerinde (CH4/CO2: 0,5-2) reaksiyon çalışmaları yürütülmüştür. Çalışmanın son aşamasında 1,0Ru@Ni-MCM-41 katalizörüne emdirme yöntemi ile ağırlıkça %1,0 ve %5,0 oranlarında magnezyum yükseltgeyici olarak ilave edilmiş ve hazırlanan Mg@Ru@Ni-MCM-41 katalizörleri ile katalitik testler gerçekleştirilmiştir. 1,0Ru@Ni-MCM-41 katalizörünün yapısına Mg yükleyerek H2 seçiciliğinin önemli ölçüde geliştirilebileceği görülmüştür.
Yarı kesikli polimer reaktörlerinin modele dayalı kontrolü
Polimerizasyon proseslerinde temel hedef istenen kalitede polimer üretmektir. Polimerizasyon reaksiyonları ekzotermik reaksiyonlar olduğu için büyük miktarlarda ısı açığa çıkar. Ortaya çıkan bu ısı endüstriyel boyutta polimer üretiminde önemli sorunlara neden olur. Ayrıca radikalik zincir reaksiyonlarında çok hızlı bir şekilde yüksek molekül ağırlıklarına çıkıldığı için ortam viskozitesi hızla artar. Polimerlerin ısıl iletkenlikleri de düşük olduğundan ısı aktarımı ve dolayısıyla sıcaklık kontrolü son derece zorlaşır. Polimer kalitesi doğrudan sıcaklık, başlatıcı konsantrasyonu gibi polimerleşme reaksiyonu sırasındaki koşullara, bağlı olup; reaktör sıcaklığının polimerleşme sırasında çok iyi kontrol edilmesi gerekmektedir.Bu çalışmada, stirenin yarı kesikli bir polimerizasyon reaktöründe, minimum süre içinde istenen dönüşüme, zincir uzunluğu sayısına ve molekül ağırlığına ulaşmak için gerekli optimum işletim koşulları bulunmuştur. Besleme giriş sıcaklığı profili farklı koşullar için, sistemin matematiksel model denklikleri ve enerji denkliklerinden elde edilmiştir. Optimizasyon işlemlerinde başlatıcının sürekli olarak reaktöre beslenmesi durumu göz önüne alınmıştır. Sistemin simülasyonu MATLAB ve Simulink simülasyon programı ve FORTRAN programlama diliyle geliştirilmiş programlar yardımıyla yapılmıştır. Reaktör içi sıcaklığı, kendinden ayarlamalı (self-tuning) PID denetleyici ile kontrol edilmeye çalışılmıştır. Kendinden ayarlamalı PID denetleyicinin ayar parametreleri genetik algoritma ile bulunmuştur. Daha sonra, belirlenen PID parametreleri yardımıyla deneysel çalışmalara geçilmiştir. Deneysel çalışmalar su ile ön deneme deneyleri ve polimer deneyleri olmak üzere iki kısımdan oluşmuştur. Belirli zaman aralıklarıyla alınan numunelerden % monomer dönüşümü ve viskozite ortalama molekül ağırlığı değerleri hesaplanmıştır. Yapılan çalışmada genetik algoritma ile kendinden ayarlamalı PID deneticinin, yarı kesikli polimer reaktör sıcaklığını başarıyla kontrol ettiği sonucuna ulaşılmıştır.Bilim Kodu: 912.1.084Anahtar Kelimeler: Kendinden Ayarlamalı PID Kontrol, Yarı kesikli polimerreaktörü, Genetik AlgoritmaSayfa Adedi: 159Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Sebahat ERDOĞAN
Deney tasarımı tekniği uygulanmamış optimizasyon çalışmalarının irdelenmesi
ÖZETSanayide ve bilimsel çalışmalarda proses değişkenleri ve proses değişkenlerinin ürüne etkisi önemli bir inceleme alanıdır. Verimi maksimuma çıkaran parametre takımının bulunmasında kullanılan iki yaklaşım Her Seferinde Bir Parametre (OFAT = One Factor At a Time) ve Deney Tasarımı'dır. OFAT'de, diğerleri sabit tutulurken bir parametre, verim maksimuma ulaşana kadar değiştirilir. Bu, bütün parametreler için tekrarlandıktan sonra böyle tek tek maksimizasyonla bulunan parametre takımının verimi maksimum yapan nokta olduğu kabul edilir. Deney Tasarımı yaklaşımında, problemin parametre uzayında bir nokta takımı seçilir. Her noktanın sağladığı verim deneyle bulunduktan sonra bu nokta takımına analitik bir model uygulanır ve eldeki bilgilerden bir cevap yüzeyi (response surface) elde edilir. Bu çok boyutlu cevap yüzeyinin maksimumu analitik olarak hesaplanır. Bu tezde, bazı araştırmacıların yayınlanan OFAT çalışmalarındaki verileri Deney Tasarımı tipi bir cevap yüzeyinin En Küçük Kareler Metodu ile hesaplanmasında kullanılmıştır. Bu tezdeki yaklaşım daha önce rapor edilen OFAT verilerinden % 11'lere varan daha iyi verim elde edildiğini göstermiştir.
Kontrollü hidrojen üretimi
Hidrojen üretimi farklı kullanım olanakları ve avantajları nedeni ile günümüzde yalnız üretimin gerçekleşmesi değil bu üretime ait kapasite, yüksek saflık ve düşük maliyet taleplerinin yükseldiği bir süreç içerisindedir. Bu çalışmada termokimyasal metot ile yüksek saflıkta hidrojen üretimi hedeflenmiştir. Suyun termokimyasal ayrışması işlemi prosesi için çalışmamızda Çinko metali kullanılmıştır. 425 0 C, 450 0 C, 475 0 C ve 500 0 C sıcaklıklardaki reaktör içerisinde eriyik halde bulunan Çinko içerisinden suyun geçirilmesi ile yüksek saflıkta hidrojen elde edilmiştir. Hidrojen içerisindeki su buharının tutulması sonrası GC cihazı ile yapılan gaz içeriği analizleri ile % 100 saflıkta hidrojen elde edildiği gözlenmiştir. Ayrıca Helyum taşıyıcı gazı ile sisteme su buharı enjeksiyon ile Hidrojen elde edilmesi çalışmaları yapılmıştır. Farklı giriş suyu ve su buharı debilerine göre kontrollü hidrojen gazı üretim akışlarına ait veriler elde edilmiştir.
Katalizör yüzeyinde ürenin bozunmasının incelenmesi
Taşıtlardan kaynaklanan hava kirliliğinin önemli bir kısmı dizel araçların egzozlarından salınan NOx gazlarıdır. Bu gazların çevreye zararsız N2 gazına indirgenmesi için kullanılan en etkili yöntemlerden birisi, bir indirgen madde yardımıyla katalizör yüzeyinde gerçekleştirilen seçici katalitik indirgeme (SCR) yöntemidir.Bu çalışmada NOx indirgenmesinde etkin indirgeme maddesi olan ürenin sol-gel yöntemiyle hazırlanan %1 Cu/Al2O3, %2 Cu/Al2O3, %2 Pt/Al2O3, %1 Ag/Al2O3, %2 Ag/Al2O3 ve %5 Ag/Al2O3 katalizörleri yüzeyinde bozunmasıyla meydana gelen bileşikler tespit edilmeye çalışılmıştır. Katalizörlerin kullanılmasıyla hazırlanan tabletlerin üzerine üre çözeltisi damlatılmak suretiyle 100?400°C sıcaklık aralığında FTIR cihazı kullanılarak spektrumlar alınmıştır. Deneysel çalışma sonucunda bütün katalizörlerde ürenin bozunma ve hidroliz bileşikleri olarak OH, NH, CH gerilme bantları görülmüştür. İlave olarak C=O gerilme titreşim bandı, CO2, melamin, amonyak, amonyum ve izosiyanat bileşiklerine ait pikler gözlenmiştir. Bu bileşiklerin yanı sıra üreye ait NH gerilme titreşimi, adsorplanmış ürenin NH2 gerilme titreşimlerine ait pikler de bazı katalizörlerde bozunma bileşiği olarak gözlenmiştir. Ürenin bozunma bileşiklerinden olan izosiyanat bütün katalizörde görülmekle birlikte en şiddetli pikini %2 Cu/Al2O3 katalizörü üzerinde 250°C sıcaklıkta vermiştir. En fazla sayıda bozunma bileşiği %1 Cu/Al2O3 katalizörü üzerinde 100°C sıcaklıkta alınan spektrumda elde edilmiştir.%1 Cu/Al2O3, %2 Ag/Al2O3, %2 Pt/Al2O3 katalizörlerinin maksimum NOx dönüşümü gösterdikleri sıcaklıklarda alınan spektrumlarda izosiyanat bileşiği görülmüştür. Ayrıca çalışılan katalizörlerde ve tüm sıcaklıklarda amonyak bileşiğinin oluştuğunu söylemek mümkündür. Bu katalizörlerde NOx dönüşümünün azaldığı sıcaklıklardaki spektrumlarda ise melamin pikinin şiddetinin yüksek olduğu görülmüştür. Sonuç olarak çalışılan katalizörlerde ürenin bozunması sonucunda NOx dönüşümü için önemli olan amonyak, izosiyanat ve melamin bileşikleri gözlenmiştir.