Kule basıncı ayarlama yöntemi

Masa ve kitaplığı düzenli olarak toplamak, iyi bir ruh hali sayesinde işlerinizi daha kolay ve verimli hale getirir.

Damıtma İşlemleri Hakkında Temel Bilgiler 1. Faz ve faz dengesi nedir: Cevap: Faz, sistemde aynı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olan homojen bölümleri ifade eder. Farklı fazlar arasında genellikle, farklı fazları birbirinden ayıran bir faz arayüzü bulunur. Sistemdeki faz sayısı, maddenin miktarıyla ilgili değildir. Su ve buz bir araya geldiğinde, su sıvı halde, buz ise katı haldedir. Genellikle, malzeme damıtma kulesinde gaz ve sıvı olmak üzere iki faz halindedir. Belirli bir sıcaklık ve basınç altında, bir madde sisteminde iki veya daha fazla faz bulunuyorsa ve maddenin her fazdaki göreceli miktarı ile maddenin bileşenlerinin her fazdaki konsantrasyonları zamanla değişmiyorsa, sistem dengede olduğu söylenir. Denge durumunda bile maddeler sürekli hareket halindedir; ancak farklı fazların miktarları ve bileşenlerin her birindeki konsantrasyonlar zamanla değişmez. Koşullar değiştikçe yeni bir faz dengesi oluşur. Bu nedenle faz dengesi durağan ve mutlak değil, hareketli ve görelidir. Örneğin: Damıtma sistemlerinde, damıtma kulesi plakalarında sıcaklığı yüksek olan gaz ile sıcaklığı düşük olan sıvı birbirleriyle temas ettiğinde ısı ve madde aktarımı gerçekleşir; bunun sonucunda gaz kısmen yoğuşur ve oluşan sıvı fazdaki yüksek kaynama noktalı bileşenlerin konsantrasyonu giderek artar. Plaka üzerindeki sıvı kısım gazlaşır ve oluşan gaz fazında düşük kaynama noktalı bileşenlerin konsantrasyonu sürekli artar. Ancak bu ısı ve madde aktarım süreci sonsuz değildir; gaz ve sıvı fazları dengeye ulaştığında, her bir bileşenin her iki fazdaki konsantrasyonu artık zamanla değişmez. 2. Doymuş buhar basıncı nedir? Cevap: Belirli bir sıcaklıkta, aynı maddenin sıvı (veya katı) haliyle denge durumundaki buharın oluşturduğu basınca doymuş buhar basıncı denir ve bu basınç sıcaklık arttıkça artar. Herkesin bildiği gibi, bir bardakta bulunan su, sürekli buharlaşması nedeniyle giderek azalır. Eğer saf su, kapalı bir kap içine konulur ve üstündeki hava çekilirse, su sürekli buharlaştıkça su yüzeyinin üzerindeki gaz fazının basıncı, yani su buharının sahip olduğu basınç giderek artar. Ancak sıcaklık sabit kaldığında, gaz fazı basıncı belirli bir değerde dengelenir ve bu basınca, suyun o sıcaklıktaki doygun buhar basıncı denir. Dikkat edilmesi gereken bir nokta şudur: Gaz fazındaki basınç değeri doygun buhar basıncı değerine ulaştığında bile, sıvı fazdaki su molekülleri sürekli olarak buharlaşmaya devam eder ve gaz fazındaki su molekülleri de sürekli olarak sıvı haline dönüşür. Sadece suyun buharlaşma hızı ile su buharının yoğuşma hızı birbirine eşit olduğu için sıvı miktarı azalmaz ve gaz miktarı da artmaz; böylece gaz ve sıvı denge durumuna ulaşır. Dolayısıyla, sıvı saf maddenin buharının basıncı doygun buhar basıncına ulaştığında, gaz ve sıvı fazları faz dengesine ulaşır. 3. Damıtma nedir, damıtmanın prensibi nedir? Cevap: Sıvı karışımın birden fazla kez kısmen buharlaştırılması ve aynı zamanda oluşan buharın da birden fazla kez kısmen yoğunlaştırılması yoluyla karışımın istenen bileşenlere ayrılmasına denir. Bu işleme damıtma denir. Sıvı karışımını birden fazla kez kısmen buharlaştırıp aynı zamanda birden fazla kez kısmen yoğunlaştırmak, onu saf veya nispeten saf bileşenlere nasıl ayırır? Bir buharlaşma ve yoğuşma işlemi için, sıvı karışımındaki bileşenlerin kaynama noktalarının farklı olması nedeniyle, belirli bir sıcaklıkta kısmen buharlaştıklarında, düşük kaynama noktalı maddelerin buharlaşması daha kolay olduğundan gaz fazındaki konsantrasyonları sıvı fazdakinden daha yüksektir; buna karşılık yüksek kaynama noktalı maddelerin sıvı fazındaki konsantrasyonları gaz fazdakinden daha yüksektir. Bu da gaz ve sıvı fazlarının bileşimini değiştirir. Kısmen buharlaştırılan buharın kısmen yoğuşturulması sırasında, yüksek kaynama noktalı maddelerin kolayca yoğuşması nedeniyle yoğuşmuş sıvıdaki yüksek kaynama noktalı maddelerin konsantrasyonu gaz fazındakinden daha yüksek olur; buna karşılık yoğuşmuş gazdaki düşük kaynama noktalı maddelerin konsantrasyonu ise yoğuşmuş sıvıdakinden daha yüksektir. Böylece kısmi buharlaşma ve kısmi yoğuşma yoluyla, karışımın bileşenlerinin konsantrasyonlarının değiştirilmesiyle ilk aşama ayrımı sağlanmış olur. Eğer bu işlem birkaç kez tekrarlanırsa, sonunda sıvı fazda esas olarak yüksek kaynama noktalı bileşenler kalırken, gaz fazında esas olarak düşük kaynama noktalı bileşenler kalır. Bundan anlaşıldığı üzere, birden fazla kez kısmi buharlaşma ve birden fazla kez kısmi yoğuşma aynı anda gerçekleştirilerek karışım, saf veya nispeten saf bileşenlere ayrılabilir. Sıvının gazlaşması için ısı emilir, gazın yoğuşması için ise ısı salınır. Isıyı verimli bir şekilde kullanabilmek için, gazın yoğuşması sırasında açığa çıkan ısıyı sıvının buharlaşması sırasında kullanabiliriz; yani gaz ve sıvı fazlarını doğrudan temas ettirerek ısı transferinin yanı sıra madde transferini de gerçekleştirebiliriz. Bu gereksinimi karşılamak için, uygulamada bu tür çoklu kısmi buharlaşma ve çoklu kısmi yoğuşma süreci, ters akışlı plaka tipi ekipmanlarda gerçekleştirilir. Sözde ters akış, sıvının ısınması sonucu oluşan daha yüksek sıcaklıklı gazın, kule üst kısmında yoğuşma nedeniyle oluşan ve düşük kaynama noktalı bileşenler açısından zengin olan daha düşük sıcaklıklı geri akış sıvısıyla aşağıdan yukarıya doğru ters yönde hareket etmesidir. Kuledeki ısı ve madde aktarım süreçleri şu şekildedir: 1) Gaz ve sıvı fazları arasında ısı alışverişi gerçekleşir; kısmen buharlaşma sonucu oluşan gaz karışımındaki ısı, kısmen yoğuşma sonucu oluşan sıvı karışımını ısıtmak için kullanılır ； 2) Gaz ve sıvı fazları, ısı değişimi sırasında aynı zamanda kütle değişimi de gerçekleştirir. Düşük sıcaklıklı sıvı karışımı, yüksek sıcaklıklı gaz karışımı tarafından ısıtılarak iki kısımda buharlaşır. Bu sırada, uçma kapasitesindeki farklılıklar nedeniyle (düşük kaynama noktalı maddelerin uçma kapasitesi yüksek, yüksek kaynama noktalı maddelerin uçma kapasitesi düşüktür), düşük kaynama noktalı maddeler yüksek kaynama noktalı maddelere kıyasla daha fazla uçar. Bunun sonucunda düşük kaynama noktalı bileşenler sıvı fazdan gaz fazına geçer ve gaz fazındaki kolayca uçan bileşenlerin konsantrasyonu artar ； Aynı şekilde, daha yüksek sıcaklıktaki gaz fazı karışımı, daha düşük sıcaklıktaki sıvı karışımını ısıtarak kısmen yoğuşur; aynı zamanda uçma kapasitelerindeki fark nedeniyle yüksek kaynama noktalı bileşenler gaz fazından sıvı faza geçer ve sıvı fazdaki zor uçan bileşenlerin konsantrasyonu artar. Damıtma kulesi, bir dizi kule plakasından oluşur; kulenin en üst kısmına kule tepesi, en alt kısmına ise kule tabanı denir. Kulenin içindeki her bir plaka yalnızca bir kez kısmi buharlaşma ve kısmi yoğuşma işlemine uğrar; plaka sayısı arttıkça kısmi buharlaşma ve kısmi yoğuşma sayısı da artar ve ayrıştırma verimi daha iyi olur. Tüm damıtma süreci boyunca, kulenin üst kısmından yüksek saflıkta uçucu bileşenler elde edilirken, kulenin alt kısmından ise esas olarak uçucu olmayan bileşenler elde edilir. 4. Nem noktası nedir? Cevap: Gaz karışımı, basınç sabit tutularak soğutulur. Belirli bir sıcaklığa ulaşıldığında oluşan ilk küçük sıvı damlacığına, bu sıcaklık o karışımın belirli bir basınç altındaki çiy noktası sıcaklığı olarak adlandırılır; kısaca çiy noktası denir. Nem noktası sıcaklığında olan gazlara doymuş gaz denir. Damıtma kulesinin üst kısmından buharlaşan gazın sıcaklığı, çiğlenme noktası sıcaklığındadır. Dikkate değer olan şudur: İlk vahşi faz saf bir bileşen değildir; buharlaşma noktası sıcaklığında gaz fazıyla denge halinde olan sıvı fazın bileşimi, faz dengesi ilişkileri tarafından belirlenir. Bundan anlaşıldığı üzere, farklı bileşimlere sahip gaz karışımlarının kule donma noktaları farklıdır. 5. Köpük noktası nedir? Cevap: Sıvı karışımı belirli bir basınç altında belirli bir sıcaklığa ısıtıldığında, sıvı içinde oluşan ilk çok küçük kabarcığın bulunduğu sıcaklık, yani kaynama başladığı andaki sıcaklık, o sıvının belirtilen basınç altındaki buharlaşma noktası sıcaklığı olarak adlandırılır ve kısaca buharlaşma noktası denir. Kaynama noktası sıcaklığında olan sıvıya doymuş sıvı denir; bu da damıtma kulesinin alt bölümünün sıcaklığıdır. Belirtmek gerekir ki, bu ilk küçük kabarcık da saf bir bileşen değildir; onun bileşimi de faz dengesi ilişkileri tarafından belirlenir. 6. Kaynama noktası nedir? Cevap: Saf sıvı maddenin doygun buhar basıncı dış basınca eşit olduğunda, sıvı kaynar. Bu durumdaki sıcaklığa, söz konusu sıvının belirli bir basınç altındaki kaynama noktası denir. Saf maddelerin kaynama noktası, dış basınçtaki değişikliklerle birlikte değişir. Dış basınç arttığında kaynama noktası yükselir, dış basınç azaldığında kaynama noktası düşer. Saf maddeler için belirli bir basınç altında buharlaşma noktası, çiğlenme noktası ve kaynama noktası aynı değerdedir. 7 İpotermi nedir? Cevap: Birim ağırlıktaki saf madde, faz değişimi sırasında (kimyasal reaksiyon olmaksızın, maddenin faz durumunun değişmesine faz değişimi denir). Suyun buz haline gelmesi veya su buharının su buharına dönüşmesi gibi olaylar faz değişimi süreçleridir. Bir süreçte emilen veya salınan ısıya özgül ısı denir. 1 kilogram suyun sıvı halinden buhar haline geçerken emdiği ısıya suyun buharlaşma özgül ısısı denir ve yaygın olarak kullanılan birim kilokalori/kilogramdır. Dikkat edilmesi gereken bir nokta, faz değişimi sırasında hem sıcaklık hem de basınç değişmez; aksi takdirde buna gizli ısı denilemez. Bu nedenle, öz ısısı değerlerinden bahsederken, hangi sıcaklık ve basınç altında hangi faz değişim sürecinin gerçekleştiğini belirtmek gerekir. Örneğin, 1 kilogram su 760 milimetre cıva basıncında ve 100 santigrat derecede buharlaştığında, buharlaşma gizli ısısı 539,6 kilokaloridir. Aksine, bu koşullar altında su buharının yoğunlaşması sırasında salınan ısıya yoğuşma gizli ısısı denir ve değeri yukarıdakiyle eşittir. Karışımın öz ısısı ölçülebilir veya hesaplanabilir; bu değerin büyüklüğü, bileşenlerin özelliklerinin yanı sıra bileşenlerin oranlarına da bağlıdır ve sabit bir değer değildir. 8. Isısal ısı nedir? Cevap: Saf maddeler, faz değişimi ve kimyasal reaksiyon olmaksızın, sıcaklık değişiklikleri nedeniyle emdiği veya yaydığı ısıya özgül ısı denir. 9. Geri akış oranı nedir? Cevap: Damıtma işlemi sırasında, karışım ısıtıldığında oluşan buhar, kulenin üst kısmından çıkarak üst kısımdaki soğutucuya girer. Buhar burada sıvıya dönüşür (veya kısmen sıvılaşır); bu sıvının bir kısmı kulenin üst kısmına geri gönderilerek levhalar boyunca aşağı akar ve bu sıvıya geri akış sıvısı denir ； Kondensatın diğer kısmı (veya yoğunlaşmamış buhar), ürün olarak kulenin tepesinden alınır. Geri akış oranı, geri akıştaki sıvının miktarı ile çıkarılan sıvının miktarının ağırlık oranıdır ve genellikle R ile gösterilir; yani R=L/D formülünde R geri akış oranını, L ise birim zaman içinde kule üstünden geri akış yapan sıvının miktarını (kilogram/saat) ifade eder. D – Birim zaman içinde kule tepesinden alınan miktar, kilogram/saat. 10. En düşük geri akış oranı nedir? Cevap: Belirlenen ayrıştırma hassasiyeti gereklilikleri altında, yani kule tepesi ve kule tabanından alınan ürünlerin bileşimi sabit kaldığında, geri akış oranı kademeli olarak azaltılır; bu durumda sözde teorik plaka sayısı kademeli olarak artar. Geri akış oranı belirli bir değere düştüğünde, gerekli olan teorik plaka sayısı sonsuz miktara ulaşır. Bu geri akış oranı değeri, söz konusu ayrım işleminin tamamlanması için gereken minimum geri akış oranı olur. Normal işletimde gerçek geri akış oranı, minimum geri akış oranının 1,3–2 katı olarak alınır. 11. Tam geri akış nedir? Cevap: Damıtma işleminde, kuleye giren malzemenin, kule altından çıkan malzemenin ve kule üstünden çıkan malzemenin durdurulması ve kule üstündeki yoğuşmuş sıvının tamamının geri akış sıvısı olarak kullanılması işlemine tam geri akış denir. Tam geri akış işlemi, çoğunlukla damıtma kulesinin devreye alınma aşamasında veya üretim anormal olduğunda damıtma kulesindeki kendiliğinden dolaşım işleminde kullanılır. 12. En uygun geri akış oranı nasıl belirlenir? Cevap: Sabit ayrıştırma gereksinimleri olan süreçlerde, geri akış oranı azaltıldığında işletme maliyetleri (özellikle kolon altı ısıtma ve kolon üstü soğutma miktarları açısından) düşer; gerekli kolon plaka sayısı artar ve kolonun yatırım maliyetleri yükselir ； Aksine, geri akış oranı artırıldığında, kolon plaka sayısı azaltılabilir, ancak işletme maliyetleri artar. Bu nedenle, tasarım sırasında yatırım maliyetleri ile düzenli işletme maliyetlerinin toplamının belirli ekonomik koşullar altında en aza inmesini sağlayacak en uygun geri akış oranı seçilmelidir; bu durumda bu geri akış oranına en uygun geri akış oranı denir. En uygun geri akış oranı, minimum geri akış oranının 1,3–2 katı olarak alınmalıdır. 13. Damıtma kulesindeki basınç düşüşü nedir? Cevap: Sözde damıtma kulesinin basınç düşüşü, genellikle kule tabanı ile kule tepesi arasındaki basınç farkı olarak adlandırılır. Plaka tipi kulelerde, kule plakalarındaki basınç düşüşü esas olarak üç bileşenden oluşur: kuru plaka basınç düşüşü, sıvı tabakası basınç düşüşü ve sıvının yüzey gerilimini aşmak için gereken basınç düşüşü. Kolon tabanı ile üst kısmındaki basınç farkı, tüm kolonun her bir plakasındaki basınç düşüşlerinin toplamıdır. Sözde kuru plaka basınç düşüşü, damıtma kulesinde yukarı doğru hareket eden gazın (veya buharın), içinde sıvı bulunmayan kule plakalarından geçerken oluşan basınç düşüşüdür ； Gazın her bir kule plakasındaki sıvı tabakasından geçerken oluşan basınç düşüşüne, sıvı tabakası basınç düşüşü denir ； Gazın sıvı yüzey gerilimini aşması sonucu oluşan basınç düşüşüne, sıvı yüzey gerilimi basınç düşüşü denir. Sabit bir kule için, normal işletim koşullarında kule basınç düşüşü esas olarak yükselen gazın akış hızına bağlı olarak değişir; deneyimler, kule basınç düşüşünün gaz akış hızının karesiyle orantılı olduğunu göstermektedir. 14. Boş kule hızı nedir? Akış hızıyla ne ilgisi var? Cevap: Boş kule hızı, birim zaman içinde damıtma kulesinde yükselen buharın hacminin kulenin kesit alanına oranıdır; yani kule içindeki buharın birim zaman içinde kat ettiği mesafedir. Birim: metreküp/saniye. m² veya m/s. Formül şudur: W=VsAa Burada W, boş kule hızıdır, metre/saniye ； Vs—Yükselen buhar hacim akış hızı, m³/saniye ； Aa—Kulenin toplam kesit alanı, m2. ∵Aa=0,785D2 (D, kuleden iç çapı, metre) ∴W=Vs/0,785D2 Delik hızı, birim zaman içinde yükselme deliğinden geçen buharın hacminin, deliğin toplam kesit alanına oranıdır; yani yükselen gazın yükselme deliğinden geçiş hızıdır ve birimi metreküp/saniyedir. m/s veya metre/saniye, formül: Wdelik = Vs/AT Burada: Wdelik — Delik hızı, metre/saniye ； AT—Hava kanallarının toplam kesit alanı, m2. Çünkü yükselme deliklerinin toplam kesit alanı, kule plakalarının delik oranı tarafından belirlenir; delik oranı Φ olarak alınırsa formül şu şekilde olur: Wdelik = Vs/0,785D²Φ = W/Φ. Boş kule hızı, damıtma işlemini etkileyen önemli faktörlerden biridir. Zaten belirlenmiş bir kule için, izin verilen aralıkta boş kule hızı artırılırsa, kulenin üretim kapasitesi yükseltilebilir. Kabuk hızı belirli bir seviyeye ulaştığında, gaz ve sıvı fazları plakalarda yeterli temas süresine sahip olmadığı için ciddi köpük taşınımı meydana gelir ve bu da kolonun normal işleyişini bozar. Genellikle, buharlaşma miktarının %10’u geçmemesi esas alınarak boş kule hızı belirlenir ve buna maksimum izin verilen hız denir. Kök kulesinin hızı çok düşük olduğunda, gazın deliklerden geçmesi zorlaşır ve üst kattaki plakalardaki sıvıyı tutmak da mümkün olmaz. Plakalardaki sıvı, yükselen gaz delikleri aracılığıyla alttaki plakalara geri akabilir; bu duruma sıvı sızıntısı denir. Sızıntı ciddi olduğunda, damıtma kulesinin ayrıştırma verimliliği düşer; bu durum özellikle eleme plakalı kuleler, yüzer valfli kuleler ve dil şeklindeki kuleler için geçerlidir. 15. Kulenin açıklık alanı nedir? Açıklık oranı nasıl belirlenir? Cevap: Damıtma kulesinde aşağıdan yukarıya doğru hareket eden buhar ve yukarıdan aşağıya doğru hareket eden sıvı bulunur ve bunlar her bir kule plakasından aynı anda geçmek zorundadır. Gazın tabaka plakalarının arasındaki geçiş yollarına yükselme delikleri denir ve yükselme deliklerinin toplam kesit alanı, her bir tabaka plakanındaki deliklerin alanının toplamıdır. Yüzer valf kulesinin açıklık alanı, tüm yüzer valf deliklerinin kesit alanlarının toplamıdır. Açıklık kesit alanının seçimi, üretim yükünün büyüklüğüne ve izin verilen buhar hızına göre belirlenir. Genellikle sözü edilen açıklık oranı, seçilen açıklık alanının ve boş kulenin toplam kesit alanının oranıdır ve Φ ile gösterilir; yani: Φ=AT/Aa×100%. Burada Φ açıklık oranını, AT açıklıkların toplam kesit alanını (metrekare cinsinden) ve Aa ise boş kulenin toplam kesit alanını (metrekare cinsinden) ifade eder. Bazen kuledeki farklı plakaların veya bölümlerin farklı gaz yüklerine uyum sağlamak için tasarımda farklı açıklık oranları kullanılabilir. Delik oranı farklı olduğunda, maddelerin aktarım verimliliği de farklı olur. Ayrıca, delik oranı kulenin işleme kapasitesini de büyük ölçüde etkiler. Aynı kule çapında, işleme kapasitesi delik oranının artmasıyla orantılı olarak yükselir ； Aynı işleme kapasitesi için, açıklık oranı arttıkça kule çapı küçültülebilir; bu nedenle açıklık oranı tasarımda önemli göstergelerden biridir. 16. Sıvı taşması nedir? Cevap: Damıtma işleminde, alttaki tabakadaki sıvı üstteki tabakalara doğru yükselir ve kolonun normal çalışmasını bozar; bu fenomen sıvı taşması olarak adlandırılır. Akışkanın taşmasının nedeni, esas olarak kuleden yükselen buharın hızının çok fazla olması ve maksimum izin verilen hızı aşmasıdır. Ayrıca damıtma işlemlerinde, sıvı yükünün çok fazla olması nedeniyle taşma borusundaki sıvı seviyesinin yükselmesi ve böylece üst ve alt kolon plakalarındaki sıvıların birbirine karışarak kolonun normal çalışmasının bozulması da sıkça görülen bir durumdur; bu da bir tür sıvı taşmasıdır. Yukarıdaki iki olgu da sıvı taşmasına aittir, ancak nedenleri farklıdır. 17. Sis köpüğü taşınımı nedir? Cevap: Sisli buhar taşınımı, gazın alttaki kule tabakasından üstteki kule tabakasına taşıdığı sıvı sis damlacıklarını ifade eder. Mass transfer sürecinde, büyük miktarda köpükün taşınması, kulenin üstüne çıkmaması gereken ağır fraksiyonların ürüne karışmasına neden olur; bu da ürünün kalitesini düşürür. Aynı zamanda mass transfer sürecindeki konsantrasyon farkını azaltır ve sadece kule plakalarının verimliliği düşer. Verilen kule için izin verilen maksimum köpük taşıma miktarı, gazın yükselme hızını sınırlar. Sis kabarcığı taşınım miktarını etkileyen birçok faktör vardır; bunlar arasında kule plakaları arası mesafe, boş kule hızı, set yüksekliği, sıvı akış hızı ve malzemenin fizikokimyasal özellikleri yer alır. Aynı zamanda şunu da belirtmek gerekir: Sis kabarcıklarının taşınma miktarı, yakalama cihazının yapısıyla da büyük ölçüde ilişkilidir. Sis buharı taşınım miktarını etkileyen birçok faktör olsa da, en önemli etkenler boş kule hızı ve iki kule plakası arasındaki gaz-sıvı ayrışma alanıdır. Sabit bir kule için, buhar kabarcığı taşıma miktarı esas olarak boş kule hızının artmasıyla birlikte artar. Ancak, tabaka plakaları arasındaki mesafe artırılıp ayrıştırma alanı genişletilirse, buna bağlı olarak boş kolon hızı da yükselir. 18. Sıvı sızıntısı nedir? Cevap: Tabaka plakalarındaki sıvının yükselen gaz kanalından alttaki tabaka plakalarına geri akması olayına sızıntı denir. Damıtma işleminde, yükselen gazın enerjisi, kolon üzerindeki sıvı tabakasını aşmaya yetmiyorsa ve hatta sıvı tabakasının potansiyel enerjisinden bile düşükse, bu durumda sıvıyı tutamaz ve sızıntı meydana gelir. Boş kule hızı ne kadar düşükse, sızıntı o kadar ciddi olur. Sonuç olarak, sıvının bir kısmı tabaka plakalarında yükselen gazla temas etmeden alttaki tabaka plakalarına akar; sıvıda kalmaması gereken düşük kaynama noktalı bileşenler buharlaşmaz ve bu da tabaka plakalarının verimliliğinin düşmesine neden olur. Bu nedenle, plakanın uygun şekilde çalışabilmesi için gerekli olan minimum boş plaka hızı, sıvının sızıntı miktarı tarafından sınırlanır; normal işletim koşullarında plakanın sızıntı miktarının, plaktaki sıvı miktarının %10’undan fazla olmaması gerekmektedir. Sızıntı miktarı da, tabaka plakalarının performansını değerlendiren özelliklerden biridir. Elek plakaları, yüzer valf tablaları ve dil şeklindeki tablalar, kuledeki yükselen hava hızının düşük olduğu durumlarda sızıntı oluşturmaya daha meyillidir. 19. İşletme esnekliği nedir? Cevap: İşletim esnekliği, yükselen gaz hızının minimum izin verilen değeri (yük alt sınırı) ile maksimum izin verilen değeri (yük üst sınırı) arasındaki aralığı ifade eder. Yükselen gaz hızı bu aralıkta değiştiğinde, damıtma kulesi belirli bir ayrıştırma verimliliğiyle normal şekilde çalışmaya devam edebilir. Daha önce de bahsedildiği gibi, damıtma kulesinin yük sınırı, yükselen buharın içindeki köpük miktarının buhar akış hızının %10’unu aşmaması şeklindedir ； Yük alt sınırı, tabaka plakalarındaki sıvının sızıntı miktarının sıvı akış hızının %10’unu aşmaması şeklinde belirlenir. Genel olarak, yüzer valfli kuleler en yüksek işletme esnekliğine sahiptir; bazı deneyler, yük üst sınırı ile yük alt sınırı arasındaki oranın 7–9 civarında olabileceğini göstermektedir. Kabarcık kuleleri bunu takip ederken, elektrodekli kuleler en düşük esnekliğe sahiptir. Dikkat edilmesi gereken bir diğer nokta ise, yükselen gaz hızı değiştikçe plaka verimliliğinin de değişmesi ve bunun ayrıştırma etkinliğinde değişikliklere neden olmasıdır. 20. Geri karışım fenomeni nedir? Cevap: Düşürme borusu bulunan tabakalı plakalarda, sıvı plaka boyunca akarken gazla çapraz akış durumundadır ve sıvıdaki uçucu bileşenlerin konsantrasyonu akış yönü boyunca giderek azalır. Ancak yükselen gaz, tabaka plakalarında sıvı olarak girdaplar oluşturduğunda, yüksek konsantrasyondaki sıvı ile düşük konsantrasyondaki sıvı birbirine karışır ve sıvının akış yönü boyunca olan konsantrasyon değişimi bozulur; bu fenomen geri karışma olarak adlandırılır. Geri karışma fenomeni, ayrıştırma verimliliğinin düşmesine neden olabilir. Geri karışma olayı, kalma süresi, sıvının akış durumu, kanalın uzunluğu, kule plakalarının düzgünlüğü, hidrolik gradyan gibi birçok faktörden etkilenir. 21. Madde dengesi nedir? Damıtma işlemlerinde madde dengesinin önemi nedir? Cevap: Madde dengesi, kimya endüstrisinde kütlenin korunumu ve dönüşüm yasalarının uygulanmasıdır. Herhangi bir üretim sürecinde, ağırlık cinsinden malzeme dönüşüm miktarı, üretilen ürün miktarı ile malzeme kaybı miktarının toplamı olmalıdır. Malzeme dengelemesi yoluyla, ham maddelerin ürüne dönüşüm durumu ve kayıp miktarı belirlenebilir; böylece iyileştirme yolları aranabilir. Madde dengesi, tüm süreç için veya sürecin belirli bir aşaması için de geçerlidir ； Sürece katılan tüm maddelerin hesaplaması yapılabilir, aynı zamanda herhangi bir bileşenin de hesaplaması yapılabilir. Bir operatör için, işlem sırasında damıtma kulesinin madde dengesini her an kontrol altında tutmak en temel ve vazgeçilmez gerekliliktir. Malzeme dengesi iyi sağlanamıyorsa, bir sebep giriş miktarının fazla, çıkış miktarının az olmasıdır ； Diğeri ise az giriş, çok çıkıştır. Bu iki durum da normal işlemler değildir ve ürünün kalitesini ve miktarını etkiler. Bu nedenle, damıtma kulesinin en iyi koşullarda çalışmasını sağlamak, ürünün kalitesini ve miktarını artırmak, enerji tüketimini azaltmak ve işleme kayıplarını düşürmek amacıyla, pratik uygulamalarda sık sık madde dengesi hesaplamaları yapılıp işlemler ayarlanmalıdır. 22. En uygun besleme plakası konumu nedir? Cevap: En uygun besleme plakası konumu, aynı teorik plaka sayısı ve aynı işletim koşulları altında en yüksek ayrıştırma kapasitesine sahip olan veya aynı işletim koşullarında en az teorik plaka sayısına ihtiyaç duyan besleme plakası konumudur. Kimya endüstrisinde, çoğu damıtma kulesinde iki veya daha fazla besleme plakası bulunur ve besleme plakalarının konumu, besleme bileşenlerindeki değişikliklere göre ayarlanır. Girdi bileşenlerindeki hafif ana bileşen oranı normal işletme koşullarından daha düşük olduğunda, damıtma bölümündeki plaka sayısını artırmak ve böylece damıtma bölümünün ayrıştırma kapasitesini yükseltmek amacıyla giriş plakasının konumu aşağıya kaydırılmalıdır. Aksine, besleme plakasının konumu yukarı kaydırılırsa bu, distilasyon bölümündeki plaka sayısını artırarak bu bölümün ayrıştırma kapasitesini yükseltmek içindir. Kısacası, besleme plakasındaki besleme bileşenlerindeki hafif kritik bileşenin miktarı, damıtma bölümündeki en alt tabakadaki hafif kritik bileşenin miktarından küçük ve çıkarma bölümündeki en üst tabakadaki hafif bileşenin miktarından büyük olmalıdır. Böylece besleme sırasında kuledeki çeşitli seviyelerdeki plakalardaki malzeme bileşimi bozulmaz ve böylece istikrarlı bir işletim sağlanır. 23. Tabaka verimliliği nedir? Cevap: Damıtma kulesinin gerçek işletiminde, madde aktarım süresi ve madde aktarım yüzey alanının sınırlamaları nedeniyle gaz-sıvı denge durumuna ulaşılamaz; yani bir tabakadaki buharın içerdiği düşük kaynama noktalı bileşenlerin konsantrasyonu, sıvı fazla denge durumundaki buhardaki düşük kaynama noktalı bileşenlerin konsantrasyonundan daha düşüktür. Bu nedenle, gerçek bir tabakanın etkisi her zaman teorik bir tabakanın etkisinden daha azdır. Bu kavramdan yola çıkarak, plaka verimliliği teorik plaka sayısı ile gerçek plaka sayısının oranı olarak ifade edilebilir. Plaka verimliliğini etkileyen başlıca faktörler şunlardır: (1) Gaz fazı ile sıvı fazı arasındaki değişim hızı ； (2) Kule plakasında gaz-sıvı fazlarının karışma derecesi ； (3) Yükselen buharın üst tabakadaki plakalara taşıdığı sıvı damlacıklarının miktarı ve plakalardan sızan sıvı miktarı. Yukarıda belirtilen üç faktör de plaka tasarımı ve düzeni, işletme koşulları ile işlenen malzemenin fiziksel özellikleri gibi etkenlerden etkilenir. Kolon plakalarının tasarımı ve düzenlenmesi şunları içerir: kolon plakasının geometrik boyutları, plaka aralıkları, taşma setinin yüksekliği, delik oranı, yükselen hava deliklerinin düzeni vb. İşletim koşulları arasında: yükselen buhar hızı, kolon plakalarındaki sıvının kalma süresi, sıcaklık ve basınç gibi unsurlar bulunur. Malzemelerin fiziksel özellikleri arasında göreceli uçuculuk, buhar ve sıvının viskozitesi ve ağırlık yoğunluğu, difüzyon katsayısı ve yüzey gerilimi yer alır. Ek olarak, malzemenin fiziksel özellikleri kuledeki işletme sıcaklığı ve basıncına bağlı olarak değişir. Üretim sırasında, kolon plaka tipi seçilirken, plakaların aşağıdaki gereksinimleri karşılaması gerekir: (1) Yüksek verimlilik ； (2) Yüksek üretim kapasitesi; yani izin verilen gaz ve sıvı yükleri oldukça yüksektir, bu da daha küçük boyutlardaki kulelerin daha büyük üretim görevlerini yerine getirmesini sağlar ； (3) İşletim stabil, esneklik yüksek ； (4) Ekonomik ve dayanıklı, az çelik tüketir ； (5) Kullanımı ve bakımı kolaydır. 24. Doldurucunun eşdeğer yüksekliği nedir? Cevap: Doldurucunun eşdeğer yüksekliği, aynı zamanda doldurucunun eşdeğer plaka yüksekliği olarak da adlandırılır. Bir teorik plaka ayrım derecesi için gerekli dolgu yüksekliğine eşdeğerdir; aynı zamanda bir teorik kule tabakasının işlevine denk gelen dolgu yüksekliği olarak da ifade edilebilir. 25. Doldurucunun püskürtme yoğunluğu nedir? Cevap: Doldurucunun püskürtme yoğunluğu, sıvının kütlesel hızı olarak da adlandırılır. Her saatte, her metrekare başına kulenin kesit alanına püskürtülen sıvının kilogram cinsinden kütlesi. 26. Doldurucu katmanın sıvı tutma kapasitesi nedir? Cevap: Doldurucu katmanın kullanımı sırasında, doldurucunun aralıklarında ve yüzeyinde biriken sıvı miktarına sıvı tutma kapasitesi denir ve bu değer (m3 sıvı/m3 kule hacmi) birimiyle ifade edilir. Sıvı tutma miktarı iki bölüme ayrılabilir: (1) Statik sıvı tutma miktarı: Doldurucu kulede sıvı püskürtülmesi ve damlaların boşaltılması durdurulduğunda kuledeki kalan sıvı miktarına statik sıvı tutma miktarı denir. Net tutma miktarı yalnızca dolgu maddesinin özelliklerine ve sıvının niteliklerine bağlıdır; sıvının püskürtülme miktarıyla ilgili değildir. (2) Hareketli tutma miktarı: Doldurucu kule sıvı püskürtmeyi durdurduktan sonra dışarı çıkan sıvı miktarına hareketli tutma miktarı denir. Hareketli taşıma miktarı, dolgu maddesi ve sıvının özelliklerinin yanı sıra sıvının püskürtme yoğunluğuyla da ilgilidir; ancak taşıma noktasının altında hava hızıyla ilgili değildir. Sabit tutma miktarı ile hareketli tutma miktarının toplamı, toplam sıvı tutma miktarıdır. 27. Doldurucu kule nedir? Avantajları ve dezavantajları neler? Cevap: Dolduruculu kule, içinde belirli bir yükseklikte doldurucu bulunan ve gaz-sıvı sürekli temasına dayalı bir maddelerin aktarım cihazıdır. Kulenin içindeki yükselen buhar, doldurucunun gözeneklerinden aşağıdan yukarıya doğru akar ； Kule tepesinde kalan sıvı, dolgu malzemesinin yüzeyi boyunca yukarıdan aşağıya doğru akar. Gaz ve sıvı fazları arasındaki madde ve ısı transferi, dolgu malzemesinin yüzeyinde oluşan ince bir sıvı filmi aracılığıyla gerçekleşir. Dolgu kulesinin belirgin avantajları şunlardır: Akışkanın hareketine karşı direnç düşüktür, yapısı basittir, kullanılan çelik miktarı azdır, maliyeti düşüktür, montajı ve bakımı kolaydır ve dolgular korozif olmayan malzemelerden üretilerek kullanılabilir. 28. Dolgu maddesi kullanırken hangi gereklilikler vardır? Cevap: Öncelikle, dolgu maddesi ile kule duvarı arasındaki boşluk, dolgu tabakasının ortasındaki boşluktan daha büyük olduğundan sıvının kule duvarına doğru akması kolaylaşır ve bu da madde aktarımını olumsuz etkiler; buna genellikle kenar duvar etkisi denir. Geçmişte, dolgu malzemesinin çapı ne kadar büyükse kenar duvarı etkisinin o kadar şiddetli olduğu düşünülüyordu. Genel olarak dolgu kulesinde kule çapı D ile dolgu çapı d oranının 10:1’den büyük olması gerekmektedir. Yüksek kulelerde kenar duvarı etkisi daha ciddi olur; bu nedenle bu sorun genellikle aşamalı doldurma veya sıvının yeniden dağıtılması yoluyla çözülür. Genel olarak, dolgu maddesinin yüksekliği H ile dolgu kulesinin çapı arasındaki oranın 2–6 olması uygundur. İkincisi, dolgu maddelerinin sıralanmasına da bir gereklilik vardır. D/d 8’den büyük olduğunda, dolgu maddesinin düzenli bir şekilde yerleştirilmesi en iyisidir. Doldurucular dağınık bir şekilde yığıldığında, ekipmanın içine önce su konmalı, ardından doldurucular suyun içine yerleştirilmelidir; böylece kırılma sonucu tıkanıklık oluşmaz. Doldurucular yerleştirildikten sonra ise su boşaltılmalıdır. Üçüncüsü, doldurucu kulesi durdurulduktan sonra, doldurucunun hasar ve kirlenme durumu kontrol edilmeli ve temizlenmesi veya değiştirilmesine karar verilmelidir. 29. Yüzer valf tablasının yapısı nasıldır? Nasıl çalışıyor? Cevap: Yüzer valf kulesi, ülkemizde son on yıldan fazla bir süredir yaygın olarak kullanılan yeni nesil bir endüstriyel madde transfer cihazıdır. Şu anda petrokimya sektöründe yaygın olarak kullanılmakta ve tatmin edici sonuçlar elde edilmektedir. Yüzer valf kulesinin yapısı oldukça basittir; ana bileşenleri sıvı alıcı disk, sıvı indirme borusu, taşma seti, yüzer valf ve kule plakalarıdır. 30. Yüzer valf kule plakalarının avantajları ve dezavantajları nelerdir? Cevap: Yüzer valf kule plakalarının performansı, köpük kule plakalarının ve gözenekli kule plakalarının avantajlarını bir araya getirirken, onların dezavantajlarını da giderir. Kabarcık tipi kule plakalarında diş aralıkları sabit olduğundan, buhar yükündeki değişikliklere uyum yetenekleri zayıftır. Hava hızı düşük olduğunda gaz-sıvı teması iyi olmaz; hava hızı yüksek olduğunda ise buharın sıvıyı uçurması kolaylaşır. Poröz kule plakaları basit bir yapıya sahip olmalarına ve yüksek işleme kapasitesine rağmen, işletim esneklikleri oldukça düşüktür. Yüzer valfli kulelerde ise valf kanatlarının açıklığı buhar hızına bağlı olarak değişir. Düşük hava hızlarında, sızıntıyı azaltmak için valf parçası yerçekimi etkisiyle otomatik olarak aşağı düşer. Bu nedenle, yüzer valfli kulelerin verimliliği yüksektir, işletme esnekliği fazladır ve giriş miktarındaki değişikliklere iyi bir şekilde uyum sağlayabilir. Yapılan deneyler, maksimum yük ile minimum yük oranının 7–9 civarına ulaşabileceğini göstermektedir. Yüzer valf kulesinin yapısı basittir, serbest kesit alanı büyüktür; maliyeti köpük kulesine göre %12–15 daha düşüktür ve işleme kapasitesi köpük kulesine kıyasla yaklaşık %20–40 daha yüksektir. Yüzer valf tabakalarında buhar, sıvı tabakasına yatay olarak üflendiğinden, gaz-sıvı karışımı daha iyi olur, köpük taşınımı azalır, temas süresi uzar ve madde aktarımı daha etkili gerçekleşir; bu da verimliliğini kabarcık tabakalarına kıyasla %15 artırır. Yüzer valf tablasının başlıca dezavantajı, buharın yükselen buhar deliklerinin etrafından püskürmesi ve hâlâ sıvının ters yönde karışmasıdır; bu da maddelerin aktarım verimliliğini düşürür. Ayrıca, valf parçaları kolayca sıkışabilir, paslanabilir veya yapışabilir ve bu da açılmasını etkiler. 31. Kule yüksekliği ve çapı, üretim miktarı ve kalitesi üzerinde ne tür etkilere sahiptir? Cevap: Kule çapı esas olarak üretim kapasitesini etkilerken, kule yüksekliği ise ürünün saflığını etkiler. Kule çapı ile üretim kapasitesi arasındaki ilişki aşağıdaki formülle ifade edilebilir. D=（v/0.785w）1/2 formülünde D----kulenin çapı, metre cinsinden ； v----Kulenin içindeki buharın hacim akış hızı, m³/saniye. w----Boş kuledeki hava akış hızı, m/saniye. Belirli bir kule için, boş kule akış hızı belirli sınırlamalara sahiptir. Belirli bir kule hızında, kuledeki buharın hacimsel akış hızı ne kadar yüksekse, gerekli kule çapı da o kadar büyük olur ； Aynı şekilde, kule çapı ne kadar büyükse, kuledeki izin verilen buhar yükü de o kadar fazla olur; yani üretim kapasitesi artar. Bu nedenle kule çapı, üretim kapasitesini etkileyen temel faktördür. Kule yüksekliği, plaka verimliliği ve plaka aralıkları belirlendiğinde, gerçek kule plaka sayısını belirler. Gerçek tabaka sayısı ise en küçük teorik tabaka sayısı tarafından belirlenir. Maksimum teorik tabaka sayısı ne kadar fazla olursa, gerçek tabaka sayısı da o kadar fazla olur. Kule çapı ve kule yüksekliğinin üretim üzerindeki etkisi diyalektiktir ve birbirinden kesin olarak ayrılamaz. Örneğin, kule yüksekliği artırıldığında geri akış oranı azalır ve böylece üretim kapasitesi yükselir ； Kule çapının artırılması ise geri akış oranını yükselterek kule yüksekliğini azaltma amacına ulaşılmasını sağlar. 32. Damıtma işleminin etkileyen faktörleri nelerdir? Cevap: Ekipman sorunlarının yanı sıra, damıtma işleminin etkileyen faktörleri esas olarak şunlardır: Kolanın sıcaklığı ve basıncı (kolonun üst kısmı, alt kısmı ve özel bir öneme sahip bazı plakalar dahil) ； Giriş durumu ； Giriş miktarı ； Girdi bileşimi ； Giriş sıcaklığı ； Kulenin içindeki buhar yükselme hızı ve buharlaştırma kazanının ısıtma gücü ； Geri akış miktarı ； Kule tepesi soğutma dozu ； Kule üstü çıkış miktarı ve kule altı çıkış miktarı. Kulenin işletilmesi, kule üstü ve kule altı ürünlerinin bileşim gereksinimlerine göre bu etkenlerin ayarlanmasıdır. 33. Damıtma kulesinin çalışma basıncındaki değişiklikler, damıtma işlemini nasıl etkiler? Cevap: Kulelerin tasarımı ve işletimi belirli bir basınç altında gerçekleştirilir; bu nedenle normalde damıtma kulelerinde öncelikle basıncın sabit tutulması gerekir. Kule basıncındaki dalgalanmalar, kulenin işletilmesi üzerinde aşağıdaki etkileri yaratır. (1) Ürün kalitesi ve madde dengesi açısından, işletme basıncının değiştirilmesi, her bir kolon plakasındaki gaz-sıvı faz dengesinin bileşimini değiştirecektir. Basınç arttıkça, gaz fazındaki ağır bileşenler azalır ve buna bağlı olarak gaz fazındaki hafif bileşenlerin konsantrasyonu yükselir ； Sıvı fazdaki hafif bileşenlerin oranı artarken, bu aynı zamanda gaz ve sıvı fazların ağırlık oranını da değiştirir; bunun sonucunda sıvı fazın miktarı artar, gaz fazın miktarı ise azalır. Genel sonuç şudur: Kule üstü fraksiyonundaki hafif bileşenlerin konsantrasyonu artmış, ancak miktarı nispeten azalmıştır ； Reaktör sıvısındaki hafif bileşenlerin konsantrasyonu artar, reaktör sıvısının miktarı artar. Aynı şekilde, basınç düştükçe kule üstü fraksiyonunun miktarı artar ve hafif bileşenlerin konsantrasyonu azalır ； Kazan sıvısı miktarı azalır, hafif bileşen konsantrasyonu azalır. Normal işletim sırasında sabit bir basınç korunmalıdır; ancak işletim anormalleşerek kule üstü ürünündeki ağır fraksiyonların konsantrasyonu artarsa, ürün kalitesini uygun seviyede tutmak için işletim basıncını uygun şekilde yükseltmek mümkündür. Fakat bu durumda sıvı fazdaki hafif fraksiyonların kaybı artar. (2) Bileşenler arası göreceli uçuculuk: Basınç arttıkça bileşenler arası göreceli uçuculuk azalır, ayrıştırma verimliliği düşer; bunun tersi de geçerlidir. (3) Kulenin üretim kapasitesinin değiştirilmesi: Basınç arttıkça, bileşenlerin yoğunluğu artar ve kulenin işleme kapasitesi yükselir. (4) Kule basıncındaki dalgalanmalar, sıcaklık ve bileşim arasındaki ilişkinin karışmasına neden olur. Operasyonlar sırasında ürün kalitesini ölçmek için sık sık sıcaklığı dolaylı bir kriter olarak kullanırız, ancak bu yalnızca kule basıncı sabit kaldığında doğrudur. Kule basıncı değiştikçe, karışımın çiğlenme noktası ve kabarcıklenme noktası değişir; bu da tüm kuledeki sıcaklık dağılımının değişmesine neden olur. Sıcaklık ile ürün kalitesi arasındaki ilişki de değişir. Yukarıdaki analizden anlaşıldığı üzere, işletme basıncının değiştirilmesi tüm kolanın çalışma koşullarını etkileyecektir; bu nedenle normal işletim sırasında sabit bir basınç korunmalıdır. Yalnızca kolonun normal işleyişi bozulduğunda, yukarıdaki analize dayanarak ve proses parametrelerinin izin verdiği ölçüde kolonun basıncında uygun ayarlamalar yapılabilir. Belirtmek gerekir ki, damıtma işlemi sırasında giriş miktarındaki, giriş bileşimindeki ve giriş sıcaklığındaki değişiklikler, kolon alt kısmındaki ısıtma buharı miktarındaki değişiklikler, geri akış miktarı, geri akış sıcaklığı, kolon üst kısmındaki soğutucu miktarındaki değişiklikler ve kolon plakalarının tıkanması gibi faktörler, kolon basıncında dalgalanmalara neden olabilir. Bu durumda öncelikle kolon basıncındaki dalgalanmaların nedenlerini analiz etmeli ve gerekli önlemleri alarak işlemin normale dönmesini sağlamalıyız. 34. Giriş durumu, damıtma işlemini nasıl etkiler? Cevap: Giriş durumları beş türdür (1) Soğuk giriş ； (2) Köpük noktasında besleme ； (3) Gaz-sıvı karışık giriş ； (4) Doymuş buhar girişi ； (5) Aşırı ısılı buhar girişi. Analizi kolaylaştırmak için, her kilogram molekül giriş sıvısının doygun buhara dönüşmesi için gereken ısıyı δ olarak, her kilogram molekül girişin buharlaşma gizli ısısını ise… olarak alalım. Yukarıdaki formülden görülebileceği gibi: soğuk giriş durumunda δ>1, kabarcık noktasında giriş durumunda δ=1, gaz-sıvı karışımı giriş durumunda ise 0’dır