LEE- Kimya Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 16
-
ÖgeFarklı katı yakıt türlerinin üst ısıl değerlerinin çoklu lineer regresyon, karar ağacı, random forest ve yapay sinir ağları yöntemleriyle belirlenmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-23)İnsanlar, hayatlarının her alanında enerjiye ihtiyaç duyarlar. Bu ihtiyaçların çoğunu fosil yakıtları (doğal gaz, kömür, petrol) kullanarak karşılamaktadırlar. Geçmişten günümüze; nüfus artışı, teknolojik gelişmeler ve hızlı sanayileşme fosil yakıt tüketimini arttırmıştır. Kömür; dünya üzerindeki dağılımı, kullanım ve depolama kolaylığı bakımından emniyetli ve güvenli oluşu, fiyat istikrarı ve şu anki üretim seviyeleri karşılaştırıldığında diğer fosil yakıtlara göre rezerv ömrünün fazla oluşu nedeniyle geçmişte olduğu gibi bugün de önemli bir enerji kaynağı özelliğini taşımaktadır. Kömür rezervlerinin en çok bulunduğu ülkelerin başında Çin, Amerika Birleşik Devletleri ve Hindistan gelmektedir. Üç ülkenin toplam rezervi dünyadaki bütün rezervlerin yaklaşık %70'ini kapsamaktadır. Türkiye, dünyada bulunan kömür rezervleri arasında küçük bir paya sahip olsa da ülkede bulunan fosil kaynaklar içerisinde en yüksek paya sahiptir. Türkiye'de pek çok endüstri alanında, hammadde veya enerji kaynağı olarak kömür kullanımı yaygınlaşmıştır. Başlıca kullanım alanları, elektrik, ısı, çimento, tuğla, gübre ve şeker üretimi vb. olarak sıralanabilir. Kömürün kalitesinin ölçütleri içerisinde ısıl değer başta gelmektedir. Isıl değeri yüksek olan bir kömürün yakılmasıyla ortaya çıkacak enerji de fazla olur. Rezerv olarak aynı bölgede bulunan kömürlerin özellikleri de farklılık gösterebilir. Özellikle, elektrik üretiminin gerçekleştiği büyük miktarda kömür yakılan termik santrallerde aynı ısıl değere sahip kömürlerin yakılması verim ve sürdürülebilirlik açısından önemlidir. Sürekli çalışan sistemlerde kömürün aynı ısıl değerde sisteme beslenebilmesi için kömürün ısıl değeri en kısa sürede belirlenmelidir. Kömürün içerdiği nem ve inorganik maddelerin oksitlenmesi neticesinde oluşan kül ve kükürt istenmeyen kısımlarıdır. Yüksek nemli kömürlerde farklı kurutma yöntemleri uygulanmaktadır. Kömürün külünü azaltmak için lavvarda yıkamak gibi farklı yöntemler mevcuttur. Kısa analiz (uçucu madde, nem, kül ve sabit karbon), ASTM D7582-15 standardı uygulanarak gerçekleştirilir. Kömürdeki elementel hidrojen, oksijen, karbon, kükürt ve azot miktarları ASTM D5373-16 ve D4239-18 standardtlarına göre belirlenir. Sürekli çalışan yakma sistemlerinde bu analiz yöntemlerinin uygulanabilmesi için homojen numune alınması, tane boyutunun 250 mikrometrenin altına indirilmesi gereklidir ve bu analizler belirli bir süre almaktadır. Sürekli çalışan yakma sistemlerinde bu analizler için geçen süre çok önemlidir. Kömürün daha önce yapılmış kısa analiz ve elemental analizlerine dayanarak ısıl değeri bu süreye ihtiyaç kalmaksızın tahmin edilebilir. Ayrıca yakma sistemlerinin tasarımında, esnek yakıt seçiminde farklı kalitedeki katı yakıtların ısıl değerlerine ihtiyaç vardır. Bu çalışma kapsamında turba, linyit, taşkömürü, antrasit kömür numuneleri ile birlikte asfaltit, petrokok ve biyokütleden elde edilen yarıkok numuneleri kullanılmıştır. Sürekli çalışan sistemlerde yakıtların ısıl değerlerini kısa sürede belirlemek için alternatif hesaplama yöntemleri (doğrusal ve doğrusal olmayan) kullanılmaktadır. Bu yöntemler içerisinde, makine öğrenimi metodolojileri olarak da bilinen yapay zeka tabanlı yöntemlerin kullanılması, hızlı ve yüksek hassasiyetli tahminler yapılmasını sağlayacaktır. Bu çalışmada, çoklu lineer regresyon, karar ağacı, random forest ve yapay sinir ağları yöntemleri kullanılmıştır. Breiman tarafından önerilen random forest, torbalama tabanlı bir topluluk öğrenme yöntemidir ve algoritması, ilerici ve uyarlanabilir bir şekilde bilinen girdi-çıktı ilişkilerinin kalıpları ile eğitime dayalıdır. Bu yaklaşım, birkaç karar ağacını birleştirir ve eğitim setindeki küçük bozulmalara karşı hassasiyeti önler. Ayrıca değişkenler arasındaki doğrusal olmayan ilişkileri ortaya çıkarmada kolaylık sağlar. Diğer makine öğrenimi algoritmalarından farklı olarak, yüksek boyutlu, dengesiz ve gürültülü verilere karşı yüksek tahmin doğruluğu sağlar ve fazla uyumlu model oluşturulmasının önüne geçer. Ancak, yapay sinir ağları (ANN) eğitim aşamasında aşırı uyum sağlamaya eğilimlidir. ANN'ların ve yapay zeka tabanlı regresyon tekniklerinin aksine, RF aşırı uyum (overfitting) sorununa yol açmaz. RF algoritması girdi rastgeleliği sunar ve çoklu karar ağaçlarının bir kombinasyonudur, bu da RF'yi diğer modelleme algoritmalarına kıyasla fazla uyumluluğa daha az eğilimli hale getirir. Bununla birlikte, karar ağaçlarında büyük bir ağaç yapısının aşırı uyumla sonuçlanabileceği ve bu nedenle fazla dalların çıkarılması gerektiği de bildirilmektedir. RF algoritması, çok boyutlu problemleri çözmek için güçlü bir yöntemdir. Bununla birlikte, RF çalışmalarının çoğu, genellikle dar aralıklarda değişen çok sayıda veri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmada, Türkiye, Ukrayna, Rusya, Kolombiya, Güney Afrika, Finlandiya ve ABD'den sınırlı sayıda (turbadan antrasite kadar sıralanmış 85 kömür örneği ve birer adet petrokok, asfaltit ve biyokütle yarıkoku) numunenin kalorifik değer, kısa ve elementel analizleri gerçekleştirilmiştir. Tahmini doğrulamak için, verilerin %70'i modeli eğitirken ve %30'u test ederken kullanılmıştır. RF ile yapılan çalışmalar neticesinde, altı parametreli (sabit karbon, uçucu madde, kül, C, H, ve S içerikleri) ve tek parametreli (C içeriği) modeller, sırasıyla 0,968 ve 0,961 R2 değerleriyle karşılaştırılabilir tahmin performansları vermiştir. RF yönteminin tahmin performansını kontrol etmek için yapay sinir ağı, karar ağacı ve çoklu doğrusal regresyon yöntemleri de test edilmiş ve uyumlu sonuçlar bulunmuştur. Tek değişkenli bir karbon modelini bile kullanan RF yönteminin, örnek özelliklerinin geniş aralıklarda değişmesine ve veri sayısının sınırlı olmasına rağmen tatmin edici bir tahmin sağlayabileceği sonucuna varılmıştır.
-
ÖgeSıvı yakıtlardan indolün giderilmesi için metal organik kafes yapılarından karbon bazlı adsorbanların türetilmesi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-15)Dünya nüfusunun günden güne artmasıyla beraber, enerjiye olan ihtiyacımız da artmaktadır. Fosil yakıtlar ve fosil yakıtlardan üretilen, mazot, benzin, jet yakıtı gibi ürünler bu enerji kaynaklarının başında yer almaktadır. Bu yakıtlar içerisinde çeşitli azotlu ve kükürtlü kirleticiler bulunmakta ve çevre kirliliğinin önlenmesi için bu kirleticilerin yakıtlardan uzaklaştırılması gerekmektedir. Azotlu ve kükürtlü bileşiklerin yakıtlardan uzaklaştırılması için hidrojen kullanımı, ekstraksiyon, oksitleyicilerin kullanımı, adsorpsiyon, biyolojik yöntemler gibi çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bu yöntemler çeşitli avantaj ve dezavantajlara sahiptir. Örneğin hidrojen ile azot ve kükürt giderme yöntemi, yüksek miktarda hidrojen tüketen ve pahalı katalizörler gerektiren bir yöntemdir. Biyolojik yöntemde kullanılan bakteriler ise çevreye karşı hassas olmakla birlikte çok fazla literatür çalışması bulunmayan bir yöntemdir. Adsorpsiyon ise basit işletme teknolojisi, çevre dostu olması ve adsorban çeşitliliği sayesinde tercih edilen bir yöntemdir. Adsorban olarak, metal organik kafesler de dahil olmak üzere, killer, zeolitler, aktif karbon gibi çeşitli adsorbanlar kullanılabilmektedir. Metal organik kafeslerin, geniş yüzey alanı, farklı gözenek boyutuna sahip olabilmeleri gibi avantajları bulunmaktadır. Ayrıca, sentezlerinde kullanılan metal ve organik kısımların da çeşitli olması metal organik kafeslere olan ilgiyi arttırmaktadır. Bu çalışmada, UiO67 metal organik kafesin farklı sıcaklık ve sürelerde azot atmosferi altında ısıl işlemden geçirilmesiyle türetilen adsorbanların azotlu bir bileşik olan indolün giderilmesinde kullanılması amaçlanmıştır. UiO67 metal organik kafesi metal kısım olarak zirkonyum, bağlayıcı olarak H2BDC (teraftalik asit), H2PDC (4-4'-bifenil-dikarboksilik asit) ve çözücü olarak DMF (dimetil formamid) kullanılarak sentezlenmiştir. UiO67, 400°C ve 600°C'de 2 ve 6 saat süreyle kül fırınında azot atmosferi altında ısıl işlemden geçilerek UiO67-400(2), UiO67-400(6), UiO67-600(2), ve UiO67-600(6) karbon bazlı adsorbanlar türetilmiştir. Elde edilen adsorbanların karakterizasyonu için taramalı elektron mikroskobu (SEM), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrometresi (FTIR), termogravimetrik analiz (TGA) ve X-ışını difraktometresi (XRD) analizleri gerçekleştirilmiştir. Adsorpsiyon işlemlerinde model yakıt olarak kullanılmak üzere [oktan:paraksilen(3:1)] karışımı hazırlanmıştır. Hazırlanan model yakıt içerisine konsantrasyonu 10 mg/L olacak şekilde indol eklenmiştir. Adsorpsiyona etki eden adsorban miktarı, adsorpsiyon süresi, sıcaklık, başlangıç adsorbat konsantrasyonu parametreleri araştırılmış; kinetik ve izoterm çalışmaları gerçekleştirilmiştir. FTIR analizlerinde 400°C'de ısıl işlemden geçirilerek türetilen adsorbanlarda benzen halkası bağlanma bölgesinde (C=C) şiddetli pikler gözlemlenmiştir. Bu durum 400°C'de adsorbandaki nem, organik bağlayıcılar gibi safsızlıkların uzaklaştırıldığını ve aktif bir adsorban türetildiğini göstermektedir. SEM analizlerinde UiO67 adsorbanında küçük kristal yapılar gözlemlenmiştir. Diğer türetilen adsorbanların SEM analizlerinde ise yüzeylerinin düzensiz ve heterojen bir yapıda olduğu görülmüştür. TGA analizlerinde, 500°C sıcaklıktan sonra adsorbanlarda büyük miktarda ağırlık kaybı meydana geldiği gözlemlenmiştir. Adsorban miktarı çalışmalarında, en yüksek adsorpsiyon kapasiteleri 1 mg adsorban miktarında hesaplandığı için adsorpsiyon çalışmalarında 1 mg adsorban kullanılmıştır. Adsorban-adsorbat temas süresi çalışmalarında, adsorbanların adsorbat ile dengeye gelme süresi 120 dakika olarak belirlenmiş ve adsorpsiyon deneyleri 120 dakika süreyle gerçekleştirilmiştir. Sıcaklık etkisi çalışmalarında, en yüksek adsorpsiyon kapasiteleri 25°C de hesaplandığı için indol adsorpsiyonu 25°C sıcaklıkta gerçekleştirilmiştir. İzoterm çalışmalarında, 400°C'de ısıl işlemden geçirilerek elde edilen adsorbanların adsorpsiyon kapasitelerinin azot atmosferi altında ısıl işlemden geçirilmemiş UiO67'ye göre daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. 600°C'de ısıl işlemden geçirilerek türetilen adsorbanlarla ise adsorpsiyonun diğer adsorbanlara göre daha yavaş dengeye geldiği gözlemlenmiştir. Kinetik çalışmalarında indolün UiO67 ve UiO67'den türetilen karbon bazlı adsorbanlar üzerine adsorpsiyonun yalancı birinci kinetik model ile; izoterm çalışmalarında Freundlich ve Dubinin Radushkevich modelleriyle uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır. Desorpsiyon çalışmalarında UiO67-600(6) adsorbanı üzerindeki indol %58.59 verimle giderilmiştir. Geri kazanılan UiO67-600(6) adsorbanıyla yapılan ikinci adsorpsiyonda ise başarılı bir sonuç elde edilememiştir.
-
ÖgeHafif olefin üretimi için destekli demir temelli fıscher tropsch katalizörleri üzerinde bir kinetik çalışma ve model analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-06-12)Hafif olefinler şeklinde ifade edilen etilen, propilen ve bütilen, kimya endüstrisinin yapıtaşlarını oluşturmaktadırlar. Etilen ve propilen Dünya çapında en çok üretilen ve ülkemizde en çok ithal edilen plastik hammaddeleri arasındadır. Geleneksel olarak petrol türevlerinden buhar parçalama (kraking) yoluyla elde edilen bu kimyasalların üretimi için, sınırlı petrol rezervleri ve artan ihtiyaca bağlı olarak; kömür, doğal gaz ve biyokütle gibi alternatif hammadde kaynaklarına yönelim artmaktadır. Alternatif olefin üretim yöntemleri arasında, doğrudan üretimi mümkün kılan Fischer-Tropsch senteziyle olefin üretim (FTO) prosesi, önemli bir araştırma alanı olarak ortaya çıkmıştır. FTO prosesinde en kritik konu "etkin katalizör geliştirilmesidir". Ancak bu proses, yenilenebilir kaynaklardan üretilen hidrojenin ve son ürün saflaştırma maliyetlerinden ötürü ticari düzeye ulaşamamıştır. Prosesin hammaddesi olan sentez gazı; kömür, biyokütle ve atıkların gazlaştırılmasıyla üretilmektedir. Söz konusu prosesi Türkiye açısından ilgi çekici kılan unsur ise, yerli linyit kömürü ve biyokütle kaynaklarından değerli kimyasalların üretimini mümkün kılabilmesidir. Prosesin yüksek dönüşüm ve yüksek seçicilik ile gerçekleştirilebilmesi için katalizör geliştirme çalışmalarının yürütülmesi gerekmektedir. Bununla birlikte, geliştirilen katalizörlerin kinetiğine ve fiziksel yapısına uygun reaktör tasarımlarının gerçekleştirilmesi, elde edilen bulguların daha yüksek ölçeklere taşınmasını sağlayan mühendislik çalışmalarının temelini oluşturmaktadır. Bu doğrultuda, geliştirilen katalizörün kinetiğinin deneysel ve modelleme çalışmaları ile ortaya konulması önem arz etmektedir. Tez Çalışması kapsamında, kinetik model oluşturulmasına yönelik deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiş ve iki ayrı kinetik model türetilmiştir. Modellerin doğruluğu yine deneysel çalışma verileri vasıtasıyla test edilmiştir. Geliştirilen kinetik modelin, farklı deney koşullarına yönelik öngörüm yapma dışında diğer bir rolü de, entegre bir FTO proses simülasyonu için kinetik veri oluşturmaktır. Çalışmanın ilk bölümünde; sentez gazı, sentez gazından elde edilen kimyasallar ve Fischer-Tropsch Sentezi ile Olefin (FTO) ve Su Gaz Dönüşüm (SGD) reaksiyonlarının mekanizmalarına dair literatür taraması yapılmıştır. İkinci bölümde ise; seçilen FTO modelleri detaylı bir şekilde incelenmiştir. Üçüncü bölümde; kinetik veri üretmeye yönelik olarak tez çalışmaları kapsamında tasarlanıp gerçekleştirilen deneysel çalışmalara yer verilmiştir. Bir sonraki bölümde, bu çalışmanın mevcut çalışmalara göre bir diğer farklılığını oluşturan, literatürdeki reaksiyon modellerinin entegrasyonu sağlanmıştır. Son bölümde, oluşturulan kinetik modellerin sayısal çözümüne yer verilmiş ve elde edilen sonuçlar detaylı bir şekilde –istatiksel yöntemler de kullanılarak- analiz edilmiştir. Test edilen modellerin doğruluğunu test etmek üzere ilave 7 set katalitik deney gerçekleştirilmiş ve test sonuçları ile modellerin öngördüğü hesaplama sonuçları karşılaştırılmıştır. Modelin deney verilerinden sapmalarının nedenleri irdelenmiştir. Literatürde Wang ve çalışma arkadaşları tarafından gerçekleştirilen ve tezde Wang modeli olarak adlandırılan model ile Fernandes ve çalışma arkadaşları tarafından gerçekleştirilen ve Fernandes modeli olarak adlandırılan model karşılaştırılmıştır. Modele ait kinetik ifadelerde yer alan sabitler MATLAB programı ile ve test edilen katalizör için üretilen kinetik veri kullanılarak hesaplanmıştır. Modele ait kinetik sabitler modelde yerine konularak peşi sıra gerçekleştirilen yedi adet kontrol deneyinin sonuçları ile modelin hesapladığı sonuçların uyumluluğu araştırılmıştır. Karbon monoksit (CO) ve hidrojen (H2) dönüşümleri değerlendirildiğinde modellerin H2 dönüşümlerini tahmin etmede daha başarılı sonuç verdiği görülmektedir. CO dönüşümünde ise Fernandes modelinin elde edilen deneysel verilere daha fazla yakınsadığı anlaşılmaktadır. Bununla birlikte yüksek saatlik gaz boşluk hızı (GHSV) değerlerinde her iki model ile hesaplanan CO dönüşümü daha az bir hata ile tahmin edilmektedir. Deneysel olarak metan ve etan model ile öngörülenden daha yüksek bir verimle elde edilmiş olup, katalizörün hidrojen ile terminasyon reaksiyonu kinetiğinin modellere tam olarak yansıtılamadığı değerlendirilmektedir. Fernandes modeli ile özellikle yüksek GHSV değerlerinde (8.000 ve 10.000 saat-1) gerçekleştirilen deney koşullarında hesaplanan etilen üretim verimlerinin deneysel verilerden çok daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Deney koşullarına bağlı olarak dikkate alınmayan karbürizasyon ve koklaşma gibi yan ürün veren reaksiyonların yüksek GHSV değerlerinde görece olarak kinetiklerinin zayıflayabileceği ve modellerde bu nedenle yüksek GHSV değerlerinde olefin oluşum kinetiklerinin ağır basabileceği düşünülmektedir. Düşük CO dönüşümde sınırlanan yan ürün oluşumları nedeniyle kinetik verinin daha sağlıklı değerlendirilebileceği bilinmektedir. Bu nedenle modellerin deneysel verilerle uyumunun yüksek GHSV için daha yüksek olabileceği değerlendirilmektedir. Etilen ve propilen gibi hafif olefin bileşikleri için Fernandes modeli daha iyi bir yaklaşım sunarken propan için Wang modelinin daha uyumlu olduğu görülmektedir. Fernandes modelinde dikkate alınmayan ancak Wang modelinde geçerli olan olefin ara ürünlerinin tekrar adsorbe olduğu varsayımının sonuçlara yansıdığı görülmektedir. Sonuç olarak iki model arasında gözlemlenen temel farkın, hafif olefinlerin tekrar adsorpsiyonunu ihmal eden Fernandes modelinin beklenildiği üzere olefin seçiciliklerinin öngörülmesindeki hata oranının daha az olmasıdır. Çünkü hafif olefinler yüzeye tekrar adsorbe olduğu takdirde yüzey polimerizasyon reaksiyonu devam etmekte ve C5+ ürün verimi artış göstermektedir. Olefin ara ürünlerinin katalitik yüzeye tekrar adsorpsiyonunu dikkate alan Wang modelinde bu artışın C2-C4 parafinik bileşiklerin üretim verimine yansıdığı değerlendirilmektedir. Fischer-Tropsch-yoluyla-olefin sürecinin tepkime kinetiğini tam olarak ifade edebilmek, tepkime mekanizmasının kompleks olması ve ürün dağılımının genişliği sebebiyle oldukça zordur. Bu nedenle deneysel sonuçların modellerle uyumu sınırlıdır. Deneysel verileri düşük bir hata ile öngörmenin olanaksız olduğu değerlendirilmektedir. Bu nedenle modellerin yan reaksiyonların minimum düzeyde gerçekleştiği düşük CO dönüşüm değerlerinde ve yalnızca reaksiyon koşularına bağlı seçicilik değişimlerinin genel eğilimlerinin tahmininde kullanılmasının daha sağlıklı olacağı düşünülmektedir. Reaksiyon koşullarına bağlı genel eğilimleri belirlemek üzere Minitab istatistiksel analiz programı ile deney verileri tekrar değerlendirilmiştir. Bu kapsamda ürün verimi, C2-C4 O/P, C5+ Seçiciliği, C2=C4 Olefin Seçiciliği, C2-C4 Parafin Seçiciliği, CH4 Seçiciliği ve CO dönüşümünün sıcaklık, basınç, H2/CO oranı ve GHSV ile değişimi tüm deney verileri üzerinden analiz edilmiş ve deneysel veriler ile karşılaştırılmıştır. Sıcaklıkla hem deneysel olarak hem de model hesaplamaları sonucu CO dönüşümünün benzer şekilde artış gösterdiği gözlemlenmektedir. H2/CO oranı için Wang modeli deneysel sonuçlara ve Fernandes modele göre farklı etkiler göstermiştir. Fernandes modeli ile deneysel veriler, hata payı ile de olsa, CO dönüşümü için benzer artış trendini gösterirken Wang modeli ile artan H2/CO için CO dönüşümünde dikkate değer bir artış hesaplanmamıştır. GHSV parametresi ise sıcaklık gibi her iki modelin CO dönüşümü için birbiri ile örtüşen sonuçlar verdiğini göstermekte olup, deneysel veriler ile benzer bir değişim trendine sahip oldukları anlaşılmaktadır. Basıncın ve H2/CO oranının hidrojenasyon reaksiyon hızını artırdığı, sıcaklığın genel olarak reaksiyon kineğini iyileştirdiği ve denge dönüşümlerine yaklaşıldığı bilinmektedir. Model sonuçları ile deneysel veriler karşılaştırıldığında, Wang modelinin reaksiyon basıncı ve reaktiflerin kısmi basıncıyla ilişkili H2/CO oranından bağımsız olarak sabit bir CO dönüşümüne yol açtığı anlaşılmaktadır. Bu durum, Wang modeli için öngörülen adsorpsiyon mekanizmasınnın mevcut durumu yansıtmadığı şeklinde değerlendirilmektedir. Genel olarak Fernandes modelinin hafif olefin üretim verimi için elde edilen deneysel verileri daha iyi temsil ettiği görülmektedir. Her parametre için deneysel veriler ile Fernandes modeli için elde edilen sonuçların benzer bir artış yada azalma trendine sahip oldukları görülmektedir. Wang modeli ise, basınç ve kısmi basınç ile ilişkili parametrelerde deneysel verilerle uyumsuzluk göstermektedir. Öte yandan basınç haricindeki işletme parametrelerinin değişimi ile seçiciliklerin değişim trendi, özellikle Fernandes modeli için deneysel veriler ile daha benzer olup, bu modelin katalizörün değişen işletme parametreleri ile göstereceği davranışı tahmin etmede kısmen çalıştığı anlaşılmaktadır. C2=C4 olefin seçicilikleri karşılaştırıldığında ise tablo tersine dönmektedir. Modeller ile olefin seçicilikleri daha yüksek hesaplanırken, deneysel veriler daha düşük olefin seçicilikleri içermektedir. Deneysel veriler ile elde edilen daha düşük hafif olefin seçicilikleri ise, gerçekte olefin geri adsorpsiyonunun toplam FT reaksiyonunda daha baskın olduğuna işaret etmektedir. Olefin geri-adsorpsiyonunun daha baskın olduğunun bir sonucu olarak deneysel çalışmalarda daha yüksek C5+ seçicilikleri de elde edilmiştir. Modellerde ise bu farkın C2=C4 olefin seçiciliğine gittiği değerlendirilmektedir. Bu nedenle test edilen katalizör için olefin geri-adsorpsiyon mekanizmasının dikkate alınmasının gerekli olduğu ve modeller ile test verilerinin bu nedenle birbirinden farklı çıktığı düşünülmektedir. Modellerde aktif merkezlerin eş değer aktiviteye sahip olduğu da kabul edilmekte olup, yan reaksiyonlarla aktivasyon kaybı ihmal edilmiştir. Gerçekte ise karbür/magnetit fazlarının dengesi reaksiyon süresince değişmekte ve CO aktivasyonu ve kontrolsüz yüzey polimerizasyonu sonucu yüzey kok bileşikleri oluşmaktadır. Bu nedenle modelleme çalışmalarının test verilerini yansıtmada yüksek bir hata ile karşılışması kaçınılmazdır. Bundan kaçınmak için model sonuçlarının, yan reaksiyonların sınırlandırıldığı düşük CO dönüşümleri için karşılaştırılmasının daha sağlıklı bir yaklaşım olacağı düşünülmektedir. Sonuç olarak Fernandes ve Wang modellerinin 7 set deneysel veri ile doğrulamasına dair sonuçlar ile kinetik verilerin çıkarıldığı 43 set deneysel verinin Minitab programı ile değerlendirme sonuçları birbiri ile örtüşmektedir. Test edilen modellerin çalışma koşullarına oldukça bağlı olduğu görülmüştür. Çalışma koşullarına bağlı olarak yan reaksiyonların sınırlandırıldığında düşük CO dönüşümleri için model denklemlerin değerlendirilmesinin daha sağlıklı olacağı sonucuna varılmıştır. Model oluşturulurken yapılan olefin geri adsorpsiyonunun dikkate alınması yada alınmaması gibi varsayımların da sonuçlar üzerinde belirleyici olduğu görülmüştür.
-
ÖgeRethinking the design of a hybrid extraction-distillation process for purification of biobutanol from ABE fermentation broth(Graduate School, 2023)There is an increase in fuel demand as a result of the rapid growth of the world population and shortage of fossil fuels, and it enhances environmental concerns about fossil fuel usage. Thus, usage of alternative energy sources instead of conventional fuels will play an important role in the future. One of the promising alternatives is biofuels, and among alternative biofuels, biobutanol comes forward with its higher fuel value and lower volatility compared with bioethanol. In several studies, acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation is used for biobutanol production. However, a dilute fermentation broth with a very low concentration is obtained because of the butanol toxicity to microorganisms. In addition, there are homogeneous (ethanol-water) and heterogeneous (butanol-water) azeotropes in the fermentation broth making the purification of biobutanol a challenging work. Several process configurations have been studied in the literature to separate the components of ABE fermentation broth. One of the studied configurations is the hybrid extractor-distillation process, where it is claimed that all the water can be removed from the raffinate phase of extractor using a solvent called hexyl acetate. Thus, the extract phase includes only ABE mixture and hexyl acetate, and they can be easily separated using conventional distillation columns since there is no more azeotrope in the process. However, the preliminary results of this study show that although most of the water is removed from the raffinate of extractor, there is still a significant amount of water leaving the extractor in the extract phase along with ABE mixture and hexyl acetate. Thus, separation of this extract phase using a chain of conventional distillation columns is impossible. This study aims to propose a new process configuration including extraction and distillation stages to purify biobutanol from the fermentation broth. In this novel configuration, the extract phase of the extractor is fed into an extractive distillation column to separate the remaining water from the ABE mixture by using hexyl acetate as the entrainer. The distillate of the extractive column consists of water and entrainer are separated using a decanter. The bottoms of this column are sent to a recovery column to remove the entrainer from the bottoms and recycle back to the upstream units. The distillate stream including anhydrous ABE mixture is then sent to a chain of conventional distillation columns to purify butanol, acetone, and ethanol.
-
ÖgeTorefiye edilmiş orman, deniz ve tarımsal biyokütle numuneleri kullanılarak atık sudan kurşun, krom ve kadmiyum giderimi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-04)Ağır metallerin belirli konsantrasyonlar üzerinde toksik ya da eko-toksik özellik göstermeleri, yaşamsal olarak rol üstlenenler de dahil olmak üzere, nedeniyle ağır metaller ile ilişkilendirilmiş pek çok sağlık ve çevre sorunu ortaya çıkmıştır. Atık sular veya uçuşan inorganik partiküller ile ya da asit yağmurlarının toprak bileşiminden bu metalleri çözmesi ile ağır metaller denizlere ve yer altı sularına karışmaktadır. Sanayileşme ile birlikte gübreler, çimento sektörü, cam üretimi, çöp ve atık çamurlarının yakılması, termik santral ve otomobillerde fosil yakıtların yakılması gibi pek çok yaşamsal faaliyet ile ağır metaller yüksek konsantrasyonlarda doğaya salınmaktadır. Araştırmacılar, bu gibi faaliyetlerden gelen atık sulardaki ağır metalleri giderecek ucuz, etkili, kolaylıkla bulunan ve sürdürülebilir bir çözüm arayışı içerisindedir. Ülkemizin biyokütle kaynaklarının bu alanda kullanılma potansiyeli mevcuttur; ancak, bu biyokütle kaynaklarımızın torefiye işlemi gibi termal süreçlerden geçirilerek özelliklerinin iyileştirilmesi gerekmektedir. Torefiye işlemi, biyokütleyi 300 C'ye kadar inert atmosfer altında ısıtarak hemiselüloz yapılarını daha stabil hale getirir ve uçucu maddeleri azaltıp sabit karbon oranını arttırarak daha kaliteli ve hidrofobik özellik gösteren katı yakıt elde edilmesini sağlayan bir termal ön işlemdir. Ayrıca, nemin giderilmesi ve fiber yapının bozulması ile biyokütlede biyobozunma engellenir ve öğütülme daha kolay hale gelir. Bu çalışmada ülkemizden tarımsal biyokütle olarak çay üretim atığı, mısır atığı, üzüm çekirdeği; orman biyokütlesi olarak çam kozalağı ve orman gülü; deniz biyokütlesi olarak ise yosun numunelerinin kurşun, krom ve kadmiyum ağır metallerini atık sulardan arıtma amacıyla kullanılma potansiyeli araştırılmıştır. Bu kapsamda hem biyokütle numune hazırlama sırasında hem de ağır metal tutumu sırasında kontrol edilmesi gereken parametrelerden bir kısmı incelenmiştir. Biyokütle numunesinin hazırlanması sırasında torefiye işleminin etkisi, torefiye son sıcaklığı ve torefiye son sıcaklığında bekleme süresi; ağır metal ile adsorban malzemeyi yükleme sırasında ise sıcaklık, karıştırma hızı, ve çözelti ortamı pH değeri parametrelerinin Pb, Cr, Cd tutma kapasiteleri incelenmiş ve gruplar arasındaki farklar istatistiksel analiz ile belirlenmiştir. Ayrıca, biyokütlelerin tekrarlı kullanımı ve tutulan iyonları geri kazanım performansı da incelenmiştir. Karakterizasyon çalışmalarında XRD, SEMEDS, FTIR, Zeta potansiyeli, uçucu madde ve kül tayinleri yapılmıştır. İstatistiksel analiz sonuçlarına göre torefiye sıcaklığında 30 dakika bekleme süresi vermek, ağır metal tutma kapasitesine olumlu katkı sağlamaktayken, yüksek torefiye sıcaklıklarının anlamlı bir katkısının olmadığı bulunmuştur. Karıştırma hızının anlamlı bir katkısı görülmemiştir.Yükleme ortamı pH değerlerinden ise istatistiksel olarak önemli derecede farklı olanları, zeta potansiyelleri de göz önünde bulundurularak pH 3-5 aralığında çalışmanın optimum sonuç vereceği şeklinde yorumlanmıştır. Yükleme sıcaklığı olarak 50 ℃'de çalışmanın bu çalışma içerisinde istatistiksel olarak anlamı bir katkısının bulunmadığı ancak literatürdeki mevcut bulgularla uyumlu sonuç verdiği görülmüştür. XRD Analizi ile ağır metallerin adsorblandığı ve FTIR verilerine göre ise moleküler yapıda önemli bir değişiklik olmadığı ispatlanmıştır. Torefiye çay atığı biyokütlesinin performansını yitirmeden üç kere kullanılabilir olduğu ve tutulan ağır metallerin istenirse geri kazanılabildiği de gösterilmiştir.