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: 111
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
- Numerical model of flue gas desulfurization spray tower in power plant
Enerji santrallerinde baca gazı kükürt arıtma sistemlerinin nümerik modeli
OSMAN GÖZÜTOK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. BAYRAM ÇELİK
- CFD simulation of multiphase sulphur removal reactor SAMUM
SAMUM multifaz kükürt temizleme reaktörünün CFD simülasyonu
MERT ERDOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
- Daire ve kare en kesitli venturi tipli gaz temizleyicilerin tasarım ve akış analizleri
Design and flow analyses of circular and square cross sectionalventuri type scrubbers
FURKAN TÜRKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Gemi MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYFETTİN BAYRAKTAR
- CFD modeling of emissions formation and reduction in heavy duty diesel engines
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ile ağır vasıta dizel motorlarında emisyon oluşumu ve azaltılmasının modellenmesi
ALPER TOLGA ÇALIK
Doktora
İngilizce
2007
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VALERİ I. GOLOVİTCHEV
PROF. DR. AHMET METİN ERGENEMAN
- Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kullanılarak Samsun koşullarına uygun farklı sera modellerinde doğal havalandırma etkinliğinin belirlenmesi
Computational fluid dynamics (CFD) using the appropriate conditions of Samsun different greenhouse models to determine the effectiveness of natural ventilation
ASLIHAN ATİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
ZiraatOndokuz Mayıs ÜniversitesiTarımsal Yapılar ve Sulama Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLAL CEMEK