Kimya Mühendisliği Uzmanlık Sınavı Özel Konusu 6: Gaz Emilimi
Thread Content
Bu gönderi en son 2018-10-13 23:02 tarihinde zhanghp30 tarafından düzenlendi. 1. Bir emilim işlemi için gerekli olan gaz akış oranı, emici maddenin giriş sıcaklığı, gazın çıkış konsantrasyonu, emici maddenin kuleye giriş konsantrasyonu ve işletme basıncı hepsi sabit tutulmaktadır. Düşük konsantrasyondaki iki bileşenli bir karışım gazının emildiği varsayılıyorsa, tasarımda daha üstün performanslı dolgu malzemesi kullanılırsa aşağıdaki ifadelerden hangisi doğru değildir? (BCD) A. Gerekli olan iletim birimlerinin sayısı değişmez, dolgu tabakasının yüksekliği azalır； B için gerekli olan maddelerin aktarım birimlerinin sayısı değişmez, dolgu tabakasının yüksekliği değişmez ； C için gerekli olan maddelerin aktarım birimlerinin sayısı azalır, dolgu katmanının yüksekliği düşer ； D için gerekli olan maddelerin aktarım birimlerinin sayısı değişmez, dolgu tabakasının yüksekliği değişmez ； BCD iletim birimi sayısı, faz dengesi ve giriş/çıkış konsantrasyonlarına bağlıdır; bunlar değişmediğinde iletim birimi sayısı da değişmez ； İyi bir dolgu malzemesi seçildiğinde, maddelerin aktarımı için gerekli olan birimlerin yüksekliği azalır; birim sayısı ise aynı kalır. Bu nedenle dolgu tabakasının yüksekliği de düşer. Lütfen soruda istenen yanlış seçeneği işaretleyin! 2. Dolduruculu kulede karışım gazındaki amonyak gazı temiz su ile emilir. Su pompasının emme kapasitesi azaldığında, gaz fazı iletim birimi sayısı ( A ) olur. A) Artar B) Azalır C) Değişmez D) Belirlenemez. A S=m*G/L; L azaldığında S artar, dolayısıyla emilim itici kuvveti azalır, iletim itici kuvveti artar. 3. Doldurmalı kulede saf çözücü kullanılarak karışımın çözünebilir A bileşeni ters akışla emilir. Bilindiği üzere, gaz karışımındaki A’nın başlangıç bileşimi 0,06’dır (mol fraksiyonu, aynı anlama gelir). Emilim sonrası gazın çıkış bileşeni 0,005, emilim sonrası çözeltinin bileşeni 0,095’tir. İşletme koşullarında gaz-sıvı faz dengesi y=0,6x şeklindedir. Sıvı ve gaz fazlarının maddelerin taşınım katsayıları sırasıyla Ky*a ve Kx*a olup, bunlar G^0,7’ye ve L^0,7’ye orantılıdır. Ayrıca emilim süreci gaz tabakası kontrolünde gerçekleşmektedir ve HOG =1m’dir. Sorulması gerekenler: (1) Doldurucu katmanın yüksekliği yarıya indirildiğinde kule kesitindeki gaz fazının bileşeni ； (2) Sıvı faz akış hızı arttığında, gaz faz akış hızı ve gaz-sıvı giriş bileşimleri sabit tutulduğunda, çözünen A maddesinin emilim miktarındaki değişim şu şekildedir: ( ) A Artar B Azalır C Değişmez D Belirlenemez4. Şanghay’daki tanınmış bir çevre koruma mühendislik firması, yabancı bir şirketin talebi üzerine gaz karışımlarındaki çözünür A bileşenini arıtmaktadır. Proses mühendislerinin sahada yaptığı ilk incelemelere göre, gazın başlangıç bileşimi 0,045 iken, saf çözücü kullanılarak dolgu kulesi ile ters akış yöntemiyle emilim yapılmıştır. Gazın çıkış bileşimi 0,018, çözeltinin çıkış bileşimi ise 0,088’dir. İşletme koşullarında gaz-sıvı faz dengesi ilişkisi y=0,5x olarak verilmektedir. Bu emilim sürecinin gaz tabakası kontrolünde gerçekleştiği bilinmektedir. Sorular: (1) Gaz fazı iletim birim sayısı NOG ； (2) İşveren, gaz fazı ve gaz-sıvı giriş bileşimleri değişmeden, sıvı faz akış hızının iki katına çıkması durumunda, gazın emiliminden sonra çıkış konsantrasyonunun 0,006’yi geçmemesini talep etmektedir. Proses mühendisleri proses hesaplamalarını yapar ve sonunda ( ) müşterinin talep ettiği göstergeleri elde eder. A ulaşabilir B ulaşamaz C koşullar eksik D karar verilemez 5. Bir emiş kulesinin belirli bir noktasında, gaz fazındaki ana konsantrasyon y=0,025, sıvı fazındaki ana konsantrasyon x=0,01, gaz fazı için mühendislik katsayısı ky=2 kmol/m2.saat, gaz fazı için toplam mühendislik katsayısı Ky=1,5 kmol/m2.saat, denge ilişkisi y=0,5x ise bu noktadaki gaz-sıvı arayüzeyindeki gaz fazı konsantrasyonu ne kadardır? ye=0,5*0,01=0,005, NA=Ky(y-ye)=ky(y-yi), dolayısıyla 1,5*(0,025-0,005)=2*(0,025-yi), yi=0,01 6. Bir emiş kulesinin dolgu yüksekliği 4,5 m’dir, atık gazdaki zararlı bileşen A temiz su ile ters akış yöntemiyle emilmektedir, denge ilişkisi y=1,5x, sıvı faz çıkış konsantrasyonu 0,008’dir. Gaz fazının giriş ve çıkış konsantrasyonları sırasıyla 0,02 ve 0,004’tür. (1) NOG; (2) İşletme sıvı-gaz oranı en düşük sıvı-gaz oranının kaç katıdır? (3) Yerel çevre koruma dairesinin yasal emisyon konsantrasyonu gereksinimi 0,003’ün altında olmalıdır, emisyon standartlarına ulaşmak için hangi önlemler alınabilir? (1)V/L=0,0008/(0,02-0,004)=0,5, S=mV/L=1,5*0,5=0,75. NOG=1/(1-S)*Ln=2,77 (2)(L/V)min=(y1-y2)/(x1*-x2)=1,2, (L/V)/(L/V)min=2/1,2=1,667 (3) Genellikle sıvı-gaz oranını değiştirmeden dolgu yüksekliğini artırarak çözüm bulunur. Dolayısıyla, NOG'=1/(1-S)*Ln, burada y2'=0,003, böylece NOG'=3,53. Dolgu yüksekliğini artırma miktarı detaH=HOG(NOG'-NOG)=(4,5/2,77)*(3,53-2,77)=1,23m
7. Karışım gazındaki benzen, ters akış işlemiyle emilir. Karışım gazının %5’i benzenden oluşmakta, geri kalanı inert bileşenlerdir. Geri kazanım oranı %95’tir. Kuleye giren karışım gazının akış hızı 42,4 kmol/saattir. Emici olarak benzen içermeyen nafta kullanılmaktadır ve naftanın tüketimi minimum miktarın 1,5 katıdır. Kulenin çapı 0,6 m’dir. İşletme koşullarında denge ilişkisi ye=0,14x şeklindedir. Gaz fazının toplam maddeler aktarım katsayısı Kya=125 kmol/m³·saattir. Naftanın ortalama mol kütlesi ise 170 kg/kmol’dür.
(1) Naftanın tüketimi (kg/saat);
(2) Kuleden çıkan naftanın konsantrasyonu;
(3) Doldurucu yüksekliği;
(4) Emiş kulesi tarafından her saat kaç kilogram benzen geri kazanılır?
(5) Geri kazanım oranını artırmak için alınabilecek önlemler nelerdir?
Çözüm:
(1) y1=0,05, Q=0,95, x2=0; V=42,4 kmol/saat, L/V=1,5.
L/V(min) = 1,5*(y1-y2)/(x1*-x2) = 1,5·m
Q = 1,5·0,14·0,95 = 0,1995
L = 0,1995·42,4 = 8,459 kmol/saat
8,459·170 = 1438 kg/saat
(2) y2 = y1(1-Q) = 0,0025
X1 = G/L·(y1-y2); x1 = 0,238
(3) S = mV/L = 0,14/0,1995 = 0,702
NOG = 1/(1-S)·Ln = 6,76
HOG = G/Kya = 1,2 m
H = NOG·HOG = 8,1 m
(4) Geri kazanılan benzen miktarı:
M = V·(y1-y2)·78 = 42,4·(0,05-0,0025)·78 = 157 kg/saat
(5) Geri kazanım oranını artırmanın yolu, emilim verimliliğini artırmaktır. Bu da basıncı ve sıcaklığı yükselterek sıvı-gaz oranını artırmakla mümkündür.
8. Ters akış işlemiyle çalışan dolduruculu kulelerde, desorpsiyon faktörü S>1 olduğunda ve kule sonsuz yükseklikteyse, gaz ve sıvı fazları ( ) noktasında dengeye ulaşır.
(A) Kule üstü;
(B) Kule altı;
(C) Orta kısım;
(D) Tüm kule içinde.
Cevap: B. Çünkü denge doğrusunun eğimi, işletme doğrusunun eğiminden büyüktür. Bu nedenle işletme doğrusu sonsuza kadar uzandığında, yüksek konsantrasyonlu uçta denge doğrusuyla kesişir; yani denge kule altında sağlanır.
9. Kimyasal emilim kullanıldığında, mevcut fiziksel emilim sürecinde ( ) olur.
(A) Sıvı film direnci artar, gaz film direnci değişmez;
(B) Sıvı film direnci azalır, gaz film direnci değişmez;
(C) Sıvı film direnci artar, gaz film direnci azalır;
(D) Sıvı film direnci azalır, gaz film direnci de azalır.
Cevap: B.
10. Ters akış emilim sistemlerinde, eğer S=1 ise gaz fazındaki maddeler aktarım birim sayısı ( ) teorik bölme sayısına eşittir. Eğer S>1 ise gaz fazındaki maddeler aktarım birim sayısı ( ) teorik bölme sayısından küçüktür.
(A) Eşittir;
(B) Küçüktür;
(C) Büyüktür;
(D) Belirsizdir.
Cevap: B. Nt/NOG = S-1/LnS. S=1 olduğunda NT=NOG’dur. S>1 olduğunda Nt>NOG’dur.
11. Düşük konsantrasyondaki çözünmeyen gazların ters akışla emilimi sırasında, diğer işletme koşulları aynı kaldığında sadece kuleye giren gaz miktarı azalırsa, sıvı fazındaki toplam maddeler aktarım birim sayısı NOG ( ) olur; sıvı fazındaki toplam maddeler aktarım yüksekliği HOG ( ) olur; gaz fazındaki toplam maddeler aktarım birim sayısı NOG ( ) olur; gaz fazındaki toplam maddeler aktarım yüksekliği ( ) olur; işletme doğrusunun eğimi ise ( ) olur.
(A) Artar;
(B) Azalır;
(C) Temelde değişmez;
(D) Belirsizdir.
Cevaplar:
NOG: C; HOG: C; Nt: A; H: B; İşletme doğrusu eğimi: A.
(1) Naftanın tüketimi (kg/saat);
(2) Kuleden çıkan naftanın konsantrasyonu;
(3) Doldurucu yüksekliği;
(4) Emiş kulesi tarafından her saat kaç kilogram benzen geri kazanılır?
(5) Geri kazanım oranını artırmak için alınabilecek önlemler nelerdir?
Çözüm:
(1) y1=0,05, Q=0,95, x2=0; V=42,4 kmol/saat, L/V=1,5.
L/V(min) = 1,5*(y1-y2)/(x1*-x2) = 1,5·m
Q = 1,5·0,14·0,95 = 0,1995
L = 0,1995·42,4 = 8,459 kmol/saat
8,459·170 = 1438 kg/saat
(2) y2 = y1(1-Q) = 0,0025
X1 = G/L·(y1-y2); x1 = 0,238
(3) S = mV/L = 0,14/0,1995 = 0,702
NOG = 1/(1-S)·Ln = 6,76
HOG = G/Kya = 1,2 m
H = NOG·HOG = 8,1 m
(4) Geri kazanılan benzen miktarı:
M = V·(y1-y2)·78 = 42,4·(0,05-0,0025)·78 = 157 kg/saat
(5) Geri kazanım oranını artırmanın yolu, emilim verimliliğini artırmaktır. Bu da basıncı ve sıcaklığı yükselterek sıvı-gaz oranını artırmakla mümkündür.
8. Ters akış işlemiyle çalışan dolduruculu kulelerde, desorpsiyon faktörü S>1 olduğunda ve kule sonsuz yükseklikteyse, gaz ve sıvı fazları ( ) noktasında dengeye ulaşır.
(A) Kule üstü;
(B) Kule altı;
(C) Orta kısım;
(D) Tüm kule içinde.
Cevap: B. Çünkü denge doğrusunun eğimi, işletme doğrusunun eğiminden büyüktür. Bu nedenle işletme doğrusu sonsuza kadar uzandığında, yüksek konsantrasyonlu uçta denge doğrusuyla kesişir; yani denge kule altında sağlanır.
9. Kimyasal emilim kullanıldığında, mevcut fiziksel emilim sürecinde ( ) olur.
(A) Sıvı film direnci artar, gaz film direnci değişmez;
(B) Sıvı film direnci azalır, gaz film direnci değişmez;
(C) Sıvı film direnci artar, gaz film direnci azalır;
(D) Sıvı film direnci azalır, gaz film direnci de azalır.
Cevap: B.
10. Ters akış emilim sistemlerinde, eğer S=1 ise gaz fazındaki maddeler aktarım birim sayısı ( ) teorik bölme sayısına eşittir. Eğer S>1 ise gaz fazındaki maddeler aktarım birim sayısı ( ) teorik bölme sayısından küçüktür.
(A) Eşittir;
(B) Küçüktür;
(C) Büyüktür;
(D) Belirsizdir.
Cevap: B. Nt/NOG = S-1/LnS. S=1 olduğunda NT=NOG’dur. S>1 olduğunda Nt>NOG’dur.
11. Düşük konsantrasyondaki çözünmeyen gazların ters akışla emilimi sırasında, diğer işletme koşulları aynı kaldığında sadece kuleye giren gaz miktarı azalırsa, sıvı fazındaki toplam maddeler aktarım birim sayısı NOG ( ) olur; sıvı fazındaki toplam maddeler aktarım yüksekliği HOG ( ) olur; gaz fazındaki toplam maddeler aktarım birim sayısı NOG ( ) olur; gaz fazındaki toplam maddeler aktarım yüksekliği ( ) olur; işletme doğrusunun eğimi ise ( ) olur.
(A) Artar;
(B) Azalır;
(C) Temelde değişmez;
(D) Belirsizdir.
Cevaplar:
NOG: C; HOG: C; Nt: A; H: B; İşletme doğrusu eğimi: A.
12. Dolduruculu kulede saf çözücü kullanılarak bir gaz karışımındaki çözünebilir bileşen A geri akış yöntemiyle emilir. Gaz A’nın başlangıç bileşimi 0,06’dır (mol fraksiyonu, aynı şekilde). Emilim sonrasında gazın çıkış bileşimi 0,005, emilmiş çözeltinin bileşimi ise 0,095 olur. İşletme koşullarında gaz-sıvı denge ilişkisi y=0,6x şeklindedir. Sıvı ve gaz fazlarının maddelerin taşınım katsayıları sıvı akış hızı ve gaz akış hızına bağlıdır; Kya, G^0,7’ye, Kxa ise L^0,7’ye orantılıdır. Ayrıca bu emilim süreci gaz tabakası kontrolündedir ve HOG=1m’dir. Şunları bulunuz: (1) Doldurucu katmanının yüksekliği ve doldurucu katmanının yüksekliğinin yarısı olduğunda kule kesitindeki gaz bileşimi; (2) Sıvı akış hızı arttığında, gaz akış hızı ve gaz-sıvı giriş bileşimleri sabit tutulduğunda, çözünen A miktarı nasıl değişir? Gerekçeyi açıklayınız.
(1) L/V = y1 – y2 / x1 – x2; L/V = 0,579, S = mL/V = 1,036. NOG = (1/1 – S)·Ln = 14. Dolayısıyla H = NOG·HOG = 14m. Doldurucu katmanının yüksekliği yarısı olduğunda, NOG’ = 7, S değişmez. Yukarıdaki formüle yerleştirildiğinde, y’ = 0,036.
(2) Sıvı akış hızı arttığında, gaz akış hızı ve gaz-sıvı giriş bileşimleri sabit tutulduğunda, çözünen A miktarı artar. Bunun nedeni, emilim sürecinin gaz tabakası kontrolünde olmasıdır. L artar, V değişmez, Kya değişmez, HOG değişmez. h değişmediğinden NOG değişmez. S = mV/L küçülür. NOG = (1/1 – S)·Ln formülünden y2’nin küçüldüğü anlaşılır. Emilim miktarı = V(y1 – y2) olduğundan artar.
13. Dolduruculu kulede temiz su kullanılarak bir gaz karışımındaki amonyak emilir. Su pompasında arıza olup su akışı azaldığında, gaz fazındaki maddelerin taşınım birim sayısı (A): A artar; B azalır; C değişmez. L azalır, S artar, emilim itici kuvveti azalır, dolayısıyla NOG mutlaka artar.
14. Temel kavramlar: Gaz emilim sürecinde HOG, maddelerin taşınım ekipmanının performansını gösteren bir parametredir; NOG ise emilimin ne kadar kolay veya zor olduğunu gösteren bir parametredir.
15. Temel formüller: m = E/P, E = ps/HMs, y = mx, C* = H·P.
(1) L/V = y1 – y2 / x1 – x2; L/V = 0,579, S = mL/V = 1,036. NOG = (1/1 – S)·Ln = 14. Dolayısıyla H = NOG·HOG = 14m. Doldurucu katmanının yüksekliği yarısı olduğunda, NOG’ = 7, S değişmez. Yukarıdaki formüle yerleştirildiğinde, y’ = 0,036.
(2) Sıvı akış hızı arttığında, gaz akış hızı ve gaz-sıvı giriş bileşimleri sabit tutulduğunda, çözünen A miktarı artar. Bunun nedeni, emilim sürecinin gaz tabakası kontrolünde olmasıdır. L artar, V değişmez, Kya değişmez, HOG değişmez. h değişmediğinden NOG değişmez. S = mV/L küçülür. NOG = (1/1 – S)·Ln formülünden y2’nin küçüldüğü anlaşılır. Emilim miktarı = V(y1 – y2) olduğundan artar.
13. Dolduruculu kulede temiz su kullanılarak bir gaz karışımındaki amonyak emilir. Su pompasında arıza olup su akışı azaldığında, gaz fazındaki maddelerin taşınım birim sayısı (A): A artar; B azalır; C değişmez. L azalır, S artar, emilim itici kuvveti azalır, dolayısıyla NOG mutlaka artar.
14. Temel kavramlar: Gaz emilim sürecinde HOG, maddelerin taşınım ekipmanının performansını gösteren bir parametredir; NOG ise emilimin ne kadar kolay veya zor olduğunu gösteren bir parametredir.
15. Temel formüller: m = E/P, E = ps/HMs, y = mx, C* = H·P.