Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ile kükürt yakma fırınına bağlı gaz eşanjörü tasarımı
Design of a gas exchanger connected to a sulfur burning furnace with computational fluid dynamics (CFD)
- Tez No: 956875
- Danışmanlar: DOÇ. DR. KEMAL FÜRKAN SÖKMEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tez çalışmasının konusu, sodyum metabisülfit üretim tesisinin ilk prosesi olan yakma işleminde kullanılacak olan kükürt yakma fırınına bağlı gaz eşanjörünün tasarım faaliyetlerini gerçekleştirmektir. Bu kapsamında gövde borulu tip ısı değiştiricisinin (shell and tube heat exchanger) optimum tasarımı, CFD analizi, imalatı ve basınçlı kaplar standardı olan EN13445 standardına uygun mekanik hesapları ele alınacaktır. Tasarımda, bir sodyum metabisülfit tesisinde kullanılan yanma fırını ve bu fırına bağlı gaz eşanjörüne ait veriler kullanılmıştır. Gıda endüstrisinin ilk sırada olduğu kozmetik, kâğıt, tekstil, şeker, deri, lastik, konserve sanayileri ve madencilik gibi birçok alanda kullanılan inorganik bir tuz olarak da bilinen sodyum metabisülfit imalatındaki iki hammadden biri kükürttür. Sodyum metabisülfitin imalatında ilk proses aşaması olan kükürt yakma prosesinde kükürt yakılarak kükürtdioksit gazı üretilmektedir. (S + O2 = SO2) Kükürt yakma prosesinde gerçekleşen yanma olayı ekzotermiktir. Ekzotermik yanma sonucunda ortaya çıkan enerji yanma gazlarının sıcaklığını yükseltir. Fırın içerisindeki sıcaklık 1000-1200°C arasında olması hedeflenir. Bu yüksek sıcaklıklılardaki kükürtdioksit gazı fırın içerisinde soğutma havası bağlı ceketli bir bölümden yol alarak yaklaşık 1000°C sıcaklıkta kükürt yakma fırınına bağlı gaz eşanjörüne girerek soğutma işlemi gerçekleştirilir. Gaz sıcaklığını 350°C'nin altına düşürmek hedeflenir ve bir sonraki proses için hazır hale gelmesi istenir. Bu yüksek sıcaklıklılardaki kükürt yakma fırınına bağlı kükürtdioksit gazını soğutmak için kullanılan gaz eşanjörünün tasarımı çok kritik bir öneme sahiptir. Bu gaz eşanjörü atık ısı geri kazanım sistemi gibi çalışan bir sistem ile çok benzer olacaktır. Bu çalışmada ayrıca kimya sektöründe hizmet veren bu tesisin gaz yakma prosesi sonucunda açığa çıkan ısının geri kazanım potansiyeli de araştırılmıştır. Yanma prosesinin gerçekleşeceği 1000-1200°C sıcaklığındaki bir kükürt yakma fırınından çıkan gaz ısısının, soğutulması sırasında sisteme kazandırılabileceği enerji kullanımı da planlanmıştır. Kükürt yakma sistemine gaz eşanjörü dâhil edilmesi ile birlikte kükürt gazı sıcaklığı soğutularak bir sonraki prosese uygun hale getirilmesi amaçlanırken aynı zamanda tesiste buhar, ısıtma, sıcak su ve proses ihtiyaçlarını karşılayabileceği amaçlanmıştır. Bu tasarım hem akışkanlar dinamiği (CFD) analizi ile hem de mekanik analiz (güncel standartlara uygun basınçlı kap tasarım hesabı) ile desteklenmiştir.
Özet (Çeviri)
The thesis study focuses on designing a gas heat exchanger connected to a sulfur combustion furnace for use in the combustion process, the first step in the sodium metabisulfite production plant. Within this scope, the optimal design, computational fluid dynamics (CFD) analysis, fabrication, and mechanical calculations of the shell-and-tube heat exchanger will be discussed in accordance with the pressure vessel standard EN13445. The design uses data from a combustion furnace and gas heat exchanger from a sodium metabisulfite plant. Sulfur is one of the two raw materials used to produce sodium metabisulfite, an inorganic salt used in many industries, including cosmetics, paper, textiles, sugar, leather, rubber, canning, and mining. The food industry is the largest consumer of sodium metabisulfite. In the sulfur combustion process, sulfur burns to produce sulfur dioxide gas. (S + O₂ = SO₂) The sulfur combustion process is an exothermic reaction. The energy generated by exothermic combustion increases the temperature of the combustion gases. The desired temperature inside the furnace is between 1000 and 1200°C. At these high temperatures, the sulfur dioxide gas travels through a jacketed section connected to cooling air in the furnace. It then enters the gas heat exchanger, which is connected to the sulfur combustion furnace. The gas enters the heat exchanger at a temperature of approximately 1000°C, where it is cooled. The goal is to reduce the gas temperature to below 350°C for the next process. Designing the gas exchanger to cool sulfur dioxide gas at these high temperatures is critical. This gas exchanger is very similar to a waste heat recovery system. This study investigated the potential for recovering heat released during the gas combustion process at this chemical plant. The plan also includes the energy that can be gained by cooling the gas heat coming out of a sulfur combustion furnace operating at temperatures between 1000 and 1200°C. The inclusion of a gas heat exchanger in the sulfur combustion system aims to cool the sulfur gas temperature to a level suitable for the next process while meeting the facility's steam, heating, hot water, and process needs. This design was supported by both fluid dynamics (CFD) analysis and mechanical analysis (pressure vessel design calculation in accordance with current standards).
Benzer Tezler
- Manisa yöresinde domateste anlaşmalı tarım ve karşılaşılan sorunlar
Başlık çevirisi yok
OSMAN MURAT KOÇTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiTarım Ekonomisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN TALİM
- Tekstil boyamacılığında atık flottede boyama imkanları üzerine araştırma
Başlık çevirisi yok
MEHMET YAKARTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. KERİM DURAN
- New algorithms and techniques for microprocessor-controlled PWM induction drives
Başlık çevirisi yok
OSMAN KÜKRER
Doktora
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. BÜLENT ERTAN
- Metalik B.C.C. yapıdaki arayer atomları ile dislokasyonların elastik etkileşmelerinden doğan enerji değerlerinin hesaplanması
Başlık çevirisi yok
M. EYÜPHAN YAKINCI
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİnönü ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA DİKİCİ
- İki aşamalı en küçük kareler yöntemi üzerine bir araştırma
Başlık çevirisi yok
SEMRA AKSAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEge ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞABAN EREN