İçeriğe atla

Kimyasal reaktör

Bu başlık kimya mühendisliğine ait serinin bir parçasıdır.
Kimya mühendisliği
Harima kimyasal tesisi
Temel ilkeler
Ünite prosesleri
Bakış açıları

Kimyasal reaktörler bir kimyasal reaksiyonun gerçekleştirildiği proses ekipmanlarıdır.[1] Kimya mühendisliğinde proses tasarımı ve analizinde sık kullanılan klasik bir ünite prosesidir. Bir kimyasal reaktörün tasarımı, kimya mühendisliğinin birden fazla unsurunun kullanılmasını gerektirir. Reaktörler proseste ham maddelerin ürünlere dönüştüğü oldukça temel bir ekipman olduğundan proses tasarımı açısından büyük önem arz eder.[2] Kimya mühendisleri bir reaksiyonun net bugünkü değerini en üst düzeye çıkarmak için reaktörler tasarlar. Tasarımcılar satın alma ve işletme maliyetini en düşük seviyelerde tutarken bir yandan da üretilen ürün miktarını en yüksek seviyede tutmak için reaksiyonun ürünler yönünde mümkün olan en yüksek verimle devamlılığını sağlarlar. Enerji girişi, enerji çıkışı, ham madde maliyetleri, işçilik vb. işletme giderlerine örnek olarak verilebilir. Isıtma, soğutma, basıncı artırmak için pompalama, sürtünmeden kaynaklı basınç düşüşü ve çöktürme gibi durumlar da enerji değişimlerine birer örnektir.

Kimyasal reaktörlerin tasarımı ve reaksiyon kinetiğinin incelenmesi, üretim süreçleri için önemli bir konudur. Kimyasal reaksiyon mühendisliği, kimyasal reaktörlerin tasarımı ve özellikle de kimyasal kinetiğin endüstriyel sistemlere uygulanmasıyla ilgilenen bir kimya mühendisliği dalıdır.

Genel bakış

Soğutma ceketi olan bir karıştırmalı kimyasal reaktörün kesit görünümü.
Yarım borular ile sarılmış bir kimyasal reaktör.

En sık kullanılan temel kimyasal reaktör çeşitleri tank ve boru (laminer akışlı ve piston akışlı reaktörler) tipi reaktörlerdir.

İki çeşit de hem sürekli hem de kesikli reaktör olarak kullanılabilir ve bir veya birden fazla katı madde içerebilir (reaktanlar, katalizörler veya diğer inert maddeler). Ancak reaktanlar ve ürünler büyük çoğunlukla sıvı veya gaz hâldeki akışkanlardır. Sürekli proseslerde reaktörler genellikle yatışkın hâlde çalıştırılırken, kesikli proseslerde geçiş hâlinde çalıştırılmalıdırlar. Bir reaktör ilk kez çalıştırılacağı veya kapatılacağı zaman geçiş halindedir ve ana proses değişkenleri zamanla değişir.[3]

Çeşitli kimyasal reaktörlerin en önemli proses değişkenlerinin tahmin edilebilmesi için kullanılan üç idealleştirilmiş temel model vardır:

  • Kesikli reaktör modeli,
  • Sürekli karıştırmalı tank reaktör modeli (CSTR),
  • Piston akışlı reaktör modeli (PFR).

Pek çok reaktör bu üç temel reaktör çeşidinin farklı tasarımları veya bir arada kullanımı ile modellenebilir.

Ana proses değişkenleri şunlardır:

Borusal reaktörler (örneğin piston akışlı reaktör) sıklıkla dolgulu yatağa sahiptirler. Bu durumda söz konusu boru veya kanalda katı partiküller veya peletler halinde bir katalizör bulunur.[4] Sıvı veya gaz hâldeki reaktanlar katalizör yatağı boyunca pompalanır.[5] Bu tipe örnek olarak dolgu yataklı reaktörler örnek verilebilir. Bir kimyasal reaktör aynı zamanda akışkan yataklı da olabilir (bkz: Akışkan yataklı reaktör).

Bir reaktörde gerçekleşen kimyasal tepkimeler ısı yayan, yani ekzotermik veya ısı alan, yani endotermik olabilir. Bir tank reaktörün içinde bulunan maddeleri ısıtmak veya soğutmak için reaktörde bir ceket veya reaktör etrafına sarılı borular bulunabilir. Boru tipi reaktörler ise eğer gerçekleşen reaksiyon oldukça ekzotermikse bir ısı değiştirici veya oldukça endotermikse bir endüstriyel fırın gibi tasarlanabilir.[6]

Başlıca reaktör çeşitleri

Reaktörler birçok değişkene göre sınıflandırılabilirler. Reaktörlerin sınıflandırılmasında net ayrımlar bulunmadığından birkaç duruma göre çeşitlere ayrılabilirler.

Çalışma prensibine göre reaktör çeşitleri

Kimyasal reaktörler çalışma prensiplerine göre sınıflandırıldığında üç ana gruba ayrılırlar. Bunlar kesikli, yarı kesikli ve sürekli reaktörlerdir.

Kesikli reaktörler

Ana madde: Kesikli reaktör
Bir kesikli reaktörün şematik gösterimi.

Kesikli reaktörler en temel reaktör çeşididir.[7] Kesikli reaktörler genelde küçük ölçekli üretim faaliyetlerinde ve geliştirilmekte olan yeni proseslerin test edilmesinde kullanılmaktadır. Aynı zamanda pahalı ürünlerin üretiminde ve sürekli operasyona çevrilmesi zor olan proseslerde de kullanılırlar.[8] Pigment, boyar madde, polimer üretimi; süt sanayisi, içecek endüstrisi ve ilaç endüstrisi kesikli reaktörün kullanıldığı alanlardan bazılarıdır.[2][7]

Kesikli reaktörler yatışkın olmayan hâlde çalışırlar. Reaksiyonun gerçekleştiği süre boyunca reaktöre herhangi bir ürün giriş çıkışı yoktur.[8] Ham maddeler (reaktanlar) reaktöre beslenerek reaksiyon başlatılır ve ürünün alınması için belli bir süre beklenir. Sıcaklık ve basıncın kontrol edilmesi, kesikli reaktörler için önemlidir.[7] Gerekli ham maddeler reaktöre tepesinden boşaltılarak istenilen ürün elde edilebilir.[8] Reaksiyon devam ettikçe sıcaklık ve basınçta değişiklik yapılabilir ve yeni maddeler reaktöre eklenebilir.[2]

Kesikli reaktörlerin çeşitli avantajları ve dezavantajları vardır. Reaktanlar kesikli reaktörde uzun süreler boyu bekletilebilir ve bu sayede yüksek ürün dönüşümü elde edilir.[8] Henüz test aşamasında olan ürünlerin üretiminde ve küçük ölçekli faaliyetlerde temizlenmesi ve bakımı kolaydır.[7] Laboratuvar ölçeğinde kullanımında aynı anda birden fazla parametrenin (sıcaklık, basınç vs.) ölçümünün kolaylığı, kesikli reaktörlere kullanım avantajı sağlar.[9] Ancak reaktörün temizlenmesi ve bakımı için ayrılan süreler üretimi kesintiye uğratır ve büyük ölçekte kullanımında bakımı zordur. Her bir parti ürün için gereken işçilik masrafı fazladır.[7][8]

Yarı kesikli reaktörler

Ana madde: Yarı kesikli reaktör

Yarı kesikli reaktörlerin çalışma prensibi hem kesikli hem sürekli reaktörlere benzer. Yarı kesikli bir reaktöre sürekli ham madde beslenirken oluşan ürün sürekli alınmak yerine kesikli bir şekilde alınabilir. Ham madde belli aralıklarla kesikli bir biçimde beslenirken, ürünün sürekli alındığı durum da yarı kesikli bir işlemdir.[2] Yarı kesikli reaktörlerin en önemli kullanım alanlarından birisi, reaksiyonlardaki seçiciliği artırmaktır. Sıvı fazda gerçekleşen birden fazla reaksiyonda istenmeyen ürünler oluşabilir. İstenmeyen ürünün oluşmasının engellenmesi için ham madde beslemesi değiştirilebilir; bir reaktan sürekli beslenirken bir diğer reaktanın da kesikli bir şekilde sisteme beslenmesi sağlanabilir.[8]

Yarı kesikli reaktörler genellikle tank şeklindedir ve görünüm açısından kesikli reaktörler veya sürekli karıştırmalı tank reaktörlere benzerler.[3] Sıcaklık kontrolünün çok iyi sağlanması ve birden fazla sayıda gerçekleşen reaksiyonlarda istenmeyen yan ürünlerin oluşumunun engellenebilmesinden dolayı kullanıma elverişli bir reaktör çeşididir. Ancak büyük ölçekli üretime elverişsiz olması, yüksek işçilik maliyetleri ve reaksiyon analizinin zor olması yarı kesikli reaktörlerin kullanımını sınırlandırmaktadır.[10]

Sürekli reaktörler

Sürekli çalışmakta olan reaktörler neredeyse her zaman yatışkın hâl koşullarında kesinti olmaksızın çalışır. Sürekli ham madde girişi ve ürün çıkışı olduğundan ve sabit operasyon koşullarında (sıcaklık, basınç vs.) tutulduğundan sürekli reaktörler büyük ölçekli endüstriyel üretimlerde kullanıma uygundur.[11] Temel olarak iki tip sürekli reaktör vardır. Bunlar sırasıyla sürekli karıştırmalı tank reaktör ve piston akışlı reaktördür. Dolgu yataklı reaktörler prensip olarak piston akışlı reaktörlerle aynıdırlar, temel fark katalizör bulundurmalarıdır.[8]

Sürekli karıştırmalı tank reaktör (CSTR)
Ana madde: Sürekli karıştırmalı tank reaktör
Sürekli karıştırmalı tank reaktörün şematik gösterimi. Giriş ve çıkış akımları kesintisiz bir şekilde akmaktadır.
Sürekli karıştırmalı tank reaktörün (CSTR) iç kısmının kontrolü. Şaftta bulunan pervane kanatları karıştırmaya yardım eder. Fotoğrafın altında, tankın yanal yüzeyinde bulunan bölme plakası da karıştırmaya yardımcı olmaktadır.

Sürekli karıştırmalı tank reaktörler (continuous stirred tank reactor), sürekli ham madde girişi ve ürün çıkışının olduğu ve reaksiyonun bir tank içerisinde gerçekleştirildiği reaktör çeşididir.[12] Genelde sıvı hâlde gerçekleşen reaksiyonlar için kullanılırlar. Reaksiyonun reaktörün içinde her yerde eşit düzeyde gerçekleşebilmesi için bir karıştırıcıya sahiptirler. Sürekli karıştırmalı tank reaktörler yatışkın hâlde çalıştırıldığından ve karıştırıcıyla "tam" karışımın sağlandığı kabulü yapıldığından, reaksiyon hızının, sıcaklığın ve derişimin zamana ve mekâna bağlı olmadığı kabulleri de yapılarak tasarım eşitlikleri reaktör hacmine bağlı olarak türetilir.[8]

Sürekli karıştırmalı reaktörler endüstrinin pek çok alanında kullanılmaktadırlar. Yağların sabunlaştırılmasında,[3] stiren gibi birçok polimerin üretiminde,[3][13] biyogaz,[14] biyohidrojen[15] ve biyodizel[16] üretiminde, fermantasyonda[17] ve diğer pek çok endüstriyel uygulamada kullanılırlar.

Sürekli karıştırmalı tank reaktörlerin kullanımında belli avantaj ve dezavantajlar vardır.

Avantajları şu şekilde sıralanabilir:

  • Sürekli karıştırma sayesinde sıcaklık içerideki sıvıda eşit dağıldığından sıcaklığın kontrolü kolaydır.
  • Karıştırmadan dolayı ekzotermik reaksiyonlarda sıvı içinde belli noktalarda aşırı sıcaklık artışı olasılığı düşer.
  • Büyük ölçekli üretim faaliyetlerinde ekonomiktir.
  • Birbirlerine paralel bağlı kullanıldıklarında düşük mertebeli reaksiyonlar için kullanışlılardır.[3]

Öte yandan dezavantajları da aşağıda sıralandığı gibidir:

  • Karıştırma için gerekli enerji, tank reaktörlere ek işletme maliyeti getirir.
  • Diğer sürekli çalışan reaktörlere kıyasla reaktörün birim hacmi başına düşen ürün dönüşümü daha azdır.
  • İstenen operasyon koşulları için hacimlerinin büyük olması gerekebilir.
  • Eğer çıkış akımının boru hattı reaktörde doğru konumlandırılmamışsa ürünün içine reaktan karışabilir.[3][18]
Piston akışlı reaktör (PFR)
Ana madde: Piston akışlı reaktör
Piston akışlı reaktör modelini gösteren basit bir şema.

Piston akışlı reaktörler (plug flow reactor) bir boru boyunca sürekli akışın olduğu reaktör çeşididir. Yatışkın hâlde çalışan piston akışlı reaktörlerde reaksiyon silindir boru boyunca gerçekleşmektedir. Piston akışlı reaktöre beslenen reaktanlar reaktör boyunca tüketilerek ürünü oluştururlar. Reaktan ve ürünlerin derişimi, piston akışlı reaktörün uzunluğu boyunca değişim gösterir. Reaktörün başında reaktanların derişimi yüksekken, reaktör çıkışına doğru gidildikçe ürünlerin derişimi yükselir.[8] Bu tip reaktörler genelde gaz tepkimelerinde kullanılırlar ancak bazı durumlarda sıvılarda da kullanılmaktadır.[2]

Piston akışlı reaktörlerin tasarımında da çeşitli kabuller yapılarak tasarım eşitlikleri türetilir. Reaktörün yatışkın hâlde olduğu, derişimin sadece reaktör uzunluğu boyunca ve maddelerin reaktörde kalma süresiyle değiştiği gibi kabuller yapılarak piston akışlı reaktörün uzunluğuna göre tasarım eşitlikleri oluşturulur.[3][8]

Piston akışlı reaktörler sanayide sıklıkla kullanılan reaktör çeşitlerindendir. Benzin üretimi, Haber prosesi ile amonyak üretimi, kükürt dioksitin oksitlenerek kükürt trioksite dönüştürülmesi gibi pek çok üretim sürecinde piston akışlı reaktörler kullanılır.[19]

Herhangi bir karıştırma ekipmanına gerek duyulmaması, büyük ölçekli faaliyetler ve hızlı reaksiyonlar için uygun olması, reaktör hacmi başına yüksek ürün dönüşümü elde edilmesi, piston akışlı reaktörlerin bazı avantajlarındandır. Ancak sıcaklık ve bileşim değişimlerinden dolayı piston akışlı reaktörlerin kontrolü zordur. Ekzotermik reaksiyonlarda reaktörün içinde belli noktalarda aşırı sıcaklık artışı meydana gelebilir.[3][19]

Dolgu yataklı reaktör (PBR)
Ana madde: Dolgu yataklı reaktör

Dolgu yataklı reaktörlerin (packed bed reactor) çalışma prensibi, piston akışlı reaktörlerle neredeyse aynıdır. Dolgu yataklı reaktörü ayıran fark, reaktörün içinin silindir hat boyu katalizör topaklarıyla dolu olmasıdır. Reaktöre beslenen ham maddeler katalizörlerin arasındaki boşluklardan akarken bir yandan reaksiyona girer ve ürüne dönüşür.[12] Piston akışlı reaktörlerden farklı olarak dolgu yataklı reaktörlerde matematiksel eşitlikler reaktörün uzunluğu yerine katalizör ağırlığına bağlı olarak yazılır ve çözülür.[8]

Dolgu yataklı reaktörler endüstride pek çok yerde kullanılmaktadır. Yüksek sıcaklık ve basınçlarda kullanışlı, katalizörle yüksek temas alanı olduğundan ürün dönüşümü yüksek ve inşa, işletme ve bakım giderleri düşüktür. Ancak tıpkı piston akışlı reaktörler gibi sıcaklığı kontrol altında tutmak zordur. Katalizörlerin yenilenmesi gereklidir. Yan reaksiyonlar oluşabileceği gibi, reaktöre ısı aktarmak da zordur.[20]

Tepkimeye giren maddelerin hâline göre reaktör çeşitleri

Kimyasal reaktörlerde maddenin farklı hâllerinde tepkime gerçekleşebilir. Çalışma prensibine göre bir sınıflandırma yapılabildiği gibi, tepkimeye giren maddelerin fiziksel hâline göre de bir sınıflandırma yapılabilir.

Homojen reaktörler

Homojen reaktörlerde reaktör boyunca tek bir faz bulunur. Yani tepkime denkliğindeki tüm maddeler aynı fiziksel hâlde bulunurlar.[12]

Heterojen reaktörlere bir örnek: Akışkan yataklı reaktörün basit gösterimi.

Heterojen reaktörler

Heterojen reaktörlerde birden fazla faz bulunur. Maddeler aynı fazda olsalar bile birbirlerine karışmıyorlarsa heterojen kategorisinde değerlendirilirler. Tepkimeye giren maddelerin hâline göre aşağıdaki gibi sıralanabilirler:

  1. Sıvı-sıvı hâlinde gerçekleşen reaksiyonlar: Reaksiyonda sadece sıvı maddelerin olması normalde bir homojen reaksiyon olduğu anlamına gelir. Ancak eğer reaksiyona giren sıvılar birbiriyle karışmıyorsa heterojen tepkime gerçekleşir. Reaksiyon karışmayan sıvıların birbiriyle temas ettiği ara yüzeyde gerçekleşir.[12] Ara yüzeyin alanını büyük tutmak amacıyla tank reaktörler kullanılabilir. Benzen veya toluenin asit karışımıyla nitrolanması, emülsiyon polimerizasyonu gibi tepkimeler heterojen reaksiyonlara birer örnektir. Bu tip reaksiyonları içeren kimyasal reaktörler heterojen reaktör tipine başlıca örneklerdendir.[2]
  2. Sıvı-gaz hâlinde gerçekleşen reaksiyonlar: Heterojen reaktörlerde sıvı ve gaz halindeki maddeler tepkimeye girebilirler. Gaz hâldeki reaktanların reaktöre beslendiği ve sıvının katalizör görevi yaptığı durumlar da mevcuttur. Sıvı ve gaz faz arasında teması artırmak için karıştırmalı tanklar veya boru tipi reaktörler tercih edilebilir.[2]
  3. Sıvı-katı hâlinde gerçekleşen reaksiyonlar: Sıvı ve katı fazda gerçekleşen reaksiyonlarda her çeşit reaktör geometrisi kullanılabilir. Katı madde bir katalizör veya reaktan olabilir.[2]
  4. Gaz-katı hâlinde gerçekleşen reaksiyonlar: Kömürün oksijen ile yakılması, gaz ve katı maddeler içeren tepkimelere bir örnektir.[12] Bu tepkimelerde katı madde tepkimede yer alabildiği gibi, katalizör olarak da kullanılabilir.[2] Fabrikalarda kullanılan uçucu organik bileşiklerle kirlenmiş havanın arıtılmasında katı katalizörler kullanılır.[21] Katı katalizör yüzeyine gaz karışımının teması ile gerçekleşen reaksiyonlar bu kategoride değerlendirilir.[22]
  5. Sıvı-katı-gaz hâlinde gerçekleşen reaksiyonlar: Bu tepkimelerde katı genellikle bir katalizördür. Sıvı ve gaz hâldeki reaktanlar, reaktöre beraber beslenerek reaktörün içindeki katalizör üzerinde tepkimenin gerçekleşmesi sağlanır.[12]

Tepkime türüne göre reaktör çeşitleri

Kimyasal reaktörler gerçekleştirdikleri tepkime çeşidine göre de sınıflandırılabilirler.

Çeşitli katalizörler. Katalizörler tepkimeye girmezler ancak tepkime hızını artırırlar.

Katalitik reaktörler

Katalizörler bir tepkimenin hızını artıran kimyasal maddelerdir. Günümüzde amonyak üretiminden, hidrokarbonların parçalanmasına kadar pek çok endüstride ve uygulamada katalizörler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sayede günlük hayatta kullanılan gübre ve yakıt gibi ürünler ve endüstriyel birçok kimyasal üretilebilmektedir. Adından da anlaşılacağı üzere, katalitik reaktörlerde tepkimenin gerçekleşmesine yardımcı bir katalizör bulunur. Bu sayede istenen reaksiyonun hızlı bir şekilde gerçekleşmesi ve kısa sürede çok daha fazla ürün elde edilmesi sağlanır.[22]

Katalitik reaktörlere gaz-katı katalitik reaksiyonların gerçekleştiği reaktörler örnek olarak verilebilir. Gaz-katı katalitik reaksiyonlarda reaksiyonun gerçekleşmesi, reaktanlardan oluşan bir gaz karışımının katı bir katalizör yüzeyine gönderilmesiyle sağlanmaktadır.[22]

Katalitik olmayan reaktörler

Katalitik olmayan reaktörlerde herhangi bir katalizör bulunmaz. Reaksiyon katalizörsüz gerçekleşir. Gaz-katı katalitik olmayan reaksiyonlar bu tepkimelere bir örnektir. Katı atıkların, kömürün vb. organik materyallerin yakılması, demir oksitin yüksek fırınlarda metalik demire indirgenmesi, katalitik olmayan reaksiyonlara birer örnektir.[22]

Galeri

  • Değerli metalleri ayrıştırmak için kullanılan deneysel atık işleme ekipmanları.
    Değerli metalleri ayrıştırmak için kullanılan deneysel atık işleme ekipmanları.
  • Bir karıştırmalı çöktürme tankı.
    Bir karıştırmalı çöktürme tankı.
  • Blue Grass Kimyasal Madde İmha Pilot Tesisi'nde bulunan nötralleşme reaktörleri.
    Blue Grass Kimyasal Madde İmha Pilot Tesisi'nde bulunan nötralleşme reaktörleri.
  • Organik sentez yapan bir sürekli salınımlı reaktör.
    Organik sentez yapan bir sürekli salınımlı reaktör.
  • Polonya, Chorula'da bulunan Gorazdze Çimento Fabrikası'ndaki döner fırın.
    Polonya, Chorula'da bulunan Gorazdze Çimento Fabrikası'ndaki döner fırın.
  • Perfloroalkan üretiminde kullanılan kobalt florür bileşiğini üreten bir kimyasal reaktör.
    Perfloroalkan üretiminde kullanılan kobalt florür bileşiğini üreten bir kimyasal reaktör.

Dış bağlantılar

Kaynakça

  1. ^ Suresh, S.; Sundaramoorthy, S. (2014-12-18). Green Chemical Engineering: An Introduction to Catalysis, Kinetics, and Chemical Processes 30 Haziran 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. CRC Press. p. 67. ISBN 9781466558854.
  2. ^ a b c d e f g h i Sinnott, R. K., & Towler, G. (2009). Chemical Engineering Design: SI Edition (5th ed.) 14 Temmuz 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Burlington: Elsevier Science. ISBN 9780750685511
  3. ^ a b c d e f g h Foutch, G. L., & Johannes, A. H. (2003). Reactors in Process Engineering. Encyclopedia of Physical Science and Technology, 23–43. doi:10.1016/b0-12-227410-5/00654-2
  4. ^ Jakobsen, Hugo A. (2014-04-02). Chemical Reactor Modeling: Multiphase Reactive Flows 30 Haziran 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Springer Science+Business Media. p. 1057. ISBN 9783319050928.
  5. ^ Foley, Alexandra (2014-08-15). "What Is a Packed Bed Reactor?" 20 Ekim 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. COMSOL Multiphysics©. from the original on 2016-10-20. Retrieved 2016-10-19.
  6. ^ Peacock, D. G.; Richardson, J. F. (2012-12-02). Chemical Engineering, Volume 3: Chemical and Biochemical Reactors and Process Control 18 Temmuz 2020 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Elsevier. p. 8. ISBN 0080571549.
  7. ^ a b c d e "Visual Encyclopedia of Chemical Engineering: Batch". University of Michigan. 2020. 15 Mart 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Temmuz 2020. 
  8. ^ a b c d e f g h i j k Fogler, H. S. (2006). Elements of Chemical Reaction Engineering (İngilizce). Pearson Education Ltd. ISBN 0-13-127839-8. Erişim tarihi: 10 Temmuz 2020.
  9. ^ Keskin, T., Abubackar, H. N., Arslan, K., & Azbar, N. (2019). Biohydrogen Production From Solid Wastes. Biohydrogen, 321-346. doi:10.1016/b978-0-444-64203-5.00012-5
  10. ^ "Visual Encyclopedia of Chemical Engineering, Semi-Batch". University of Michigan. 2020. 16 Mart 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Temmuz 2020. 
  11. ^ Tamaki, M., & Tominaga, H. (1998). 1.4. In Chemical reaction and reactor design (p. 5). New York, NY: Wiley. ISBN 978-0-471-97792-6
  12. ^ a b c d e f Mann, U. (2017). Reactor Technology. Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 1–31. doi:10.1002/0471238961.1805010320011813.a01.pub3
  13. ^ DeGraff, A. W., & Poehlein, G. W. (1971). Emulsion polymerization of styrene in a single continuous stirred-tank reactor. Journal of Polymer Science Part A-2: Polymer Physics, 9(11), 1955–1976. doi:10.1002/pol.1971.160091103
  14. ^ Boe, K., & Angelidaki, I. (2009). Serial CSTR digester configuration for improving biogas production from manure. Water Research, 43(1), 166–172. doi:10.1016/j.watres.2008.09.041
  15. ^ Arooj, M., Han, S., Kim, S., Kim, D., & Shin, H. (2008). Continuous biohydrogen production in a CSTR using starch as a substrate. International Journal of Hydrogen Energy, 33(13), 3289–3294. doi:10.1016/j.ijhydene.2008.04.022
  16. ^ Chongkhong, S., Tongurai, C., & Chetpattananondh, P. (2009). Continuous esterification for biodiesel production from palm fatty acid distillate using economical process. Renewable Energy, 34(4), 1059–1063. doi:10.1016/j.renene.2008.07.008
  17. ^ Reungsang, A., Sreela-or, C., & Plangklang, P. (2013). Non-sterile bio-hydrogen fermentation from food waste in a continuous stirred tank reactor (CSTR): Performance and population analysis. International Journal of Hydrogen Energy, 38(35), 15630–15637. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.03.138
  18. ^ "Visual Encyclopedia of Chemical Engineering: CSTR". University of Michigan. 2020. 14 Aralık 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Temmuz 2020. 
  19. ^ a b "Visual Encyclopedia of Chemical Engineering: Plug Flow Reactors". University of Michigan. 2020. 12 Aralık 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 10 Temmuz 2020. 
  20. ^ "Visual Encyclopedia of Chemical Engineering: Packed Bed Reactors". University of Michigan. 2020. 28 Mart 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Temmuz 2020. 
  21. ^ "Visual Encyclopedia of Chemical Engineering: Catalysts". University of Michigan. 2020. 16 Mart 2013 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 12 Temmuz 2020. 
  22. ^ a b c d Ravi, R., Gummadi, S., & Vinu, R. (2017). Coulson and Richardson's Chemical Engineering: Chemical and Biochemical Reactors and Reaction Engineering. United States, MA: Elsevier. ISBN 978-0-08-101096-9

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Hidrojen</span> sembolü H ve atom numarası 1 olan kimyasal element

Hidrojen, sembolü H, atom numarası 1 olan kimyasal bir element. Standart sıcaklık ve basınç altında renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı ve H2 olarak bulunan bir diatomik gazdır. 1,00794 g/mol'lük atomik kütlesi ile tüm elementler arasında en hafif olanıdır. Periyodik cetvelin sol üst köşesinde yer alır. Hidrojenin adı, Yunancada "su oluşturan" anlamına gelen ὑδρογόνο'dan (idrogono) kelimesinden gelir.

<span class="mw-page-title-main">Kimya mühendisliği</span> Kimyasallarla ilgilenen mühendislik dalı

Kimya mühendisliği, kimya, matematik, fizik, biyoloji, mikrobiyoloji, biyokimya,ve ekonomi bilimlerini, ham maddelerin ya da kimyasalların daha kullanışlı ve değerli biçimlere dönüştürüldüğü proseslere uygulayan mühendislik dalıdır. Kimya mühendislerinin çalışma alanı nanoteknolojinin ve nanomalzemelerin laboratuvarda kullanımından, kimyasalları, ham maddeleri, canlı hücreleri, mikroorganizmaları ve enerjiyi kullanışlı ürünlere dönüştüren büyük ölçekli endüstriyel işlemlere kadar değişebilir.

<span class="mw-page-title-main">Nükleer füzyon</span> Hafif çekirdeklerin daha ağır bir çekirdek oluşturmak için birleşmesi

Nükleer füzyon, nükleer kaynaşma ya da kısaca füzyon; iki hafif elementin nükleer reaksiyonlar sonucu birleşerek daha ağır bir element oluşturmasıdır. Çekirdek tepkimesi olarak da bilinen bu tepkimenin sonucunda çok büyük miktarda enerji açığa çıkar.

Kimyasal denge, iki yönlü bir tepkimede ürünlerin meydana geliş hızının, ürünlerden tekrar tepkimeye girenlerin meydana geliş hızına eşit olduğu durumdur. Böyle denklemlerde tepkimenin her iki tarafa olabileceğini göstermek için çift yönlü ok kullanılır. Genel olarak şöyle göstermek mümkündür:

Katalizör, bir kimyasal tepkimenin aktivasyon enerjisini düşürerek tepkime hızını artıran ve tepkime sonrasında kimyasal yapısında bir değişiklik meydana gelmeyen maddelerdir. Katalizörün tepkime üzerinde yaptığı bu değişikliğe kataliz denir. Kataliz olayı, katalizör ve reaktantlar aynı fazda ise homojen kataliz, katalizör ve reaktantlar farklı fazda olduğunda ise heterojen kataliz olarak adlandırılır. Heterojen kataliz mekanizmaları hâlâ tam olarak aydınlatılmış değildir.

Hidrojenasyon, bir kimyasal reaksiyon sınıfıdır ve organik bileşiklere hidrojen (H2) eklenmesi işlemidir. Hidrojenasyon, özellikle doymamış organik bileşikler (alkenler, alkinler, ketonlar ve nitriller ) için önemli bir reaksiyondur. Genellikle basınç altında katalizörler yardımı ile direkt hidrojen eklemesi ile gerçekleştirilir. Hidrojenasyon için en klasik örnek, alkenlerdeki doymamış karbon kimyasal bağına bir hidrojenin ekleyerek, alkeni alkana dönüştürmektir. İlaç ve petrokimya endüstrisinde çok değişik uygulamaları vardır. Bu kimyasal işlemin tersi dehidrojenasyondur. Alkenlere hidrojenin katılması sonucunda Alkanlar oluşur. Alkankar sadece karbon-karbon tekli bağlara sahiptirler. Bu tepkimede katalizör kullanıldığından katalitik hidrojenleme olarak da adlandırılır. Alkenlere hidrojen katılma tepkimeleri ekzotermik tepkimeler olup oda sıcaklığında katalizörsüz tepkime gerçekleşmez. Burada katalizör kullanılarak tepkimenin oda sıcaklığında gerçekleşmesi sağlanır. Yalnız katalizörün etkisi bununla sınırlı kalmıyor. Kullanılan katalizör elde edilecek olan ürünün cis-Alkan ya da trans-Alkan olmasını etkilemektedir. Eğer kullanılan katalizör heterojen bir katalizör ise, (bir parça nikel, platin, paladyum) yani çözelti içerisinde heterojen olarak karışıyorsa katılan her iki hidrojen atomu alkenin aynı tarafına eklenir ve böylece cis-Alkan oluşur. Şayet bu katalizör çözelti içerisinde homojen olarak yayılan bir katalkizörse bu seferde trans-Alkan oluşmuş olacak.

Pirometalurji ekstraktif metalurji dallarından biridir. Temel amacı; kıymetli metalleri kazanmak için, cevhere bir dizi ısıl işlem uygulamak ve malzemenin bu işlemler sonucu fiziksel ve kimyasal olarak değişime uğramasını sağlamaktır. Bu şekilde kıymetli metallerin kazanılması hedeflenir.

Kimyasal reaktiflik, bir reaksiyonun meydana gelme eğilimiyle ilişkilidir. Kimyasal tepkimelerin gerçekleşmesini belirleyen faktörler termodinamik düzeyinde incelenir. Termodinamik olarak bir reaksiyon eğer tepkimenin ürünleri reaktanlara kıyasla daha düşük serbest enerji düzeyinde ise gerçekleşir. Diğer taraftan Reaktiflik ise genel olarak bir maddenin kimyasal değişikliklere ya da kimyasal tepkimelere girme eğilimine denir. Elementlerin atomik yapısı ve elektronlarının dizilişi elementlerin ve oluşturdukları moleküllerin reaktifliğinde önemli rol oynar. Soygazların örneğin kimyasal olarak çok az reaktiflik gösterdiği belirtilir. Dolayısıyla kimyasal bileşik oluşturmaları zordur. Bu durum soygazların tam dolu olan en dış elektron kabuğundan dolayıdır.
Kimyasal denge, asit ve baz kimyası, elektron aktarımı tepkimesi ve entropi gibi konular kimyasal reaktifliğin temel kavramlarıdır.

İnert gaz veya atıl gaz, belirli şartlar altında kimyasal reaksiyona girmeyen bir gazdır. Soy gazlar ve azot, genellikle birçok madde ile tepkimeye girmezler. İnert gazlar, genel olarak istenmeyen kimyasal reaksiyonların numuneyi etkilemelerini önlemek için kullanılır. Bu arzu edilmeyen kimyasal tepkimeler, genellikle havadaki oksijen ve nemden oluşan oksidasyon ve hidroliz reaksiyonlarıdır. Azot gazı ve bazı soy gazlar belirli koşullarda tepkimeye yol açabilir ve bu nedenle inert gaz terimi kullanıldığı kapsama bağlıdır.

<span class="mw-page-title-main">Reaksiyon hızı</span> belirli zaman aralığında, ürünlerin derişimindeki artma veya reaktantların derişimindeki azalma olarak tanımlanır

Tepkime hızı, bir kimyasal tepkimenin gerçekleşme hızıdır. Belirli zaman aralığında, ürünlerin derişimindeki artma veya reaktantların derişimindeki azalma ile saptanır. Örneğin bir demir parçasının havadaki oksijenin etkisiyle paslanması yıllar alırken, bir kâğıdın yanması saniyeler içinde olur.

<span class="mw-page-title-main">Birim işlem</span> bir süreçteki temel adım. birim işlemler, ayırma, kristalizasyon, buharlaştırma, filtreleme, polimerizasyon, izomerizasyon ve diğer reaksiyonlar gibi fiziksel bir değişim veya kimyasal dönüşümü içerir.

Kimya mühendisliğinde ve ilgili alanlarında, ünite operasyonu (veya birim işlem) bir prosesin her bir temel adımına verilen isimdir. Ünite operasyonları ayırma, kristallendirme, buharlaştırma, polimerizasyon, izomerizasyon gibi birçok fiziksel veya kimyasal dönüşümü kapsar. Örneğin sütü işlerken kullanılan homojenizasyon, pastörizasyon ve ambalajlama proseslerinin her biri birer ünite operasyonudur ve hepsi birlikte prosesin bütününü meydana getirirler. Bir proseste, istenilen ürünü başlangıçtaki malzemelerden veya ham maddeden elde etmek için birçok ünite operasyonu gerekebilir. Ünite operasyonları bazı kimyasal değişimleri bünyesinde barındırıyor olsa da, büyük çoğunlukla sadece fiziksel değişimlerin gerçekleştiği durumlar için kullanılan bir ifadedir. Kimyasal dönüşümleri kapsayan süreçlere ise ünite prosesi adı verilir.

<span class="mw-page-title-main">Ayırma işlemi</span> kimyasal madde karışımını iki veya daha fazla ürüne dönüştürmek için kullanılan yöntem

Ayırma işlemi, bir kimyasal madde karışımını en az iki veya daha fazla ürüne dönüştürmek için kullanılan yönteme verilen addır. Ayırma işlemi sonucunda oluşan ürünlerden en az biri, kaynaktaki bileşenlerden en az biri ya da birden fazlası bakımından zenginleşir. Bazı durumlarda karışımlar bir ayırma işlemiyle neredeyse tamamen saf iki bileşene ayırabilir. Karışımın bileşenleri arasındaki fiziksel veya kimyasal farklarından yararlanılarak ayırma gerçekleştirilir.

Reaksiyon kinetiği olarak da bilinen kimyasal kinetik, kimyasal reaksiyonların hızlarını ve mekanizmalarını araştırmakla ilgilenen bir fiziksel kimya dalıdır. Bir sürecin gerçekleştiği yön ile ilgilenen ancak gerçekleşme hızları hakkında bir bilgi vermeyen termodinamik ile karıştırılmamalıdır. Kimyasal kinetik, deneysel koşulların kimyasal reaksiyonların hızı üzerine etkilerini, reaksiyon mekanizmaları ile geçiş hâllerinin verim bilgilerini ve kimyasal reaksiyonların karakteristiklerini tanımlayan matematiksel modellerin çıkarılmasını kapsayan bir bilim alanıdır.

<span class="mw-page-title-main">Kimyasal tesisi</span>

Kimyasal tesisi, genellikle büyük ölçekte kimyasallar üreten bir endüstriyel proses tesisidir. Bir kimyasal tesisinin genel amacı, maddelerin kimyasal veya biyolojik dönüşümü ve birbirlerinden ayrılması yoluyla maddi zenginlik yaratmaktır. Kimyasal tesisleri üretim sürecinde özel ekipmanlar, üniteler ve teknolojiler kullanırlar. Polimer, ilaç, gıda, bazı içecek üretim tesisleri, enerji santralleri, petrol rafinerileri veya diğer rafineri çeşitleri, doğal gaz işleme ve biyokimya tesisleri, su ve atık su arıtım tesisleri, kirlilik kontrol ekipmanları gibi diğer tesis çeşitlerinin hepsi, akışkan sistemleri ve kimyasal reaktör sistemleri gibi kimyasal tesis teknolojilerine benzer teknolojiler kullanmaktadır. Bazı kaynaklar bir petrol rafinerisinin, bir ilaç veya bir polimer üreticisinin de bir kimyasal tesisi olarak kabul etmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Kimyasal reaksiyon mühendisliği</span>

Kimyasal reaksiyon mühendisliği, kimya mühendisliği ve endüstriyel kimya alanında kullanılan kimyasal reaktörler ve tepkime kinetiği ile ilgilenen bir uzmanlık alanıdır. Tepkime kinetiği ve reaktör tasarımını birleştiren kimyasal reaksiyon mühendisliği, birçok endüstriyel kimyasalın üretimi için gerekli temel bir unsurdur. Kimyasal reaksiyon mühendisliği disiplininin günlük hayatta pek çok uygulama alanı bulunur. Kimyasal üretimi, ilaç üretimi ve atık arıtımı faaliyetlerinde reaksiyon mühendisliği kullanılır. Enzim kinetiği, farmakokinetik, ısı etkileri, ani reaksiyonlar ve tesis güvenliği gibi konularda da kimyasal reaksiyon mühendisliği disiplininden faydalanılır. Kimyasal reaksiyon mühendisliği ilk kez 1940'lar ve 1950'lerde hızla büyüyen kimya ve petrokimya sanayisinin ihtiyaçlarını karşılamak için ortaya çıkmış ve günümüze kadar plastiklerin, kimyasalların, ilaçların ve diğer pek çok maddenin üretim süreçlerinde kullanılan bir yöntem olmuştur.

<span class="mw-page-title-main">Kimyasal proses modelleme</span>

Kimyasal proses modelleme kimya mühendisliği tasarımında kullanılan bir bilgisayar destekli modelleme tekniğidir. Bu teknikte kullanım amacına yönelik hazırlanmış yazılımlar kullanılarak istenilen proses birbirine bağlı üniteler hâlinde tasarlanır ve yazılım yardımıyla simüle edilerek sistemin yatışkın hâl veya dinamik davranışı tahmin edilebilir. Sistemdeki üniteler ve bağlantılar bir proses akış şeması şeklinde gösterilir. Simülasyonlar bir tankta iki maddeyi karıştırmak kadar basit olabileceği gibi, bir biyodizel tesisinin, petrol rafinerisinin, alüminyum oksit rafinerisinin, doğal gaz işleme tesisinin veya bir biyoetanol saflaştırma ünitesinin tasarım ve kontrolü kadar karmaşık olabilir.

Katı hâl kimyası, bazen malzeme kimyası olarak da adlandırılır, katı faz malzemelerinin, özellikle, ancak sadece moleküler olmayan katıların sentezi, yapısı ve özelliklerinin incelenmesidir. Bu nedenle, katı hal fiziği, mineraloji, kristalografi, seramik, metalurji, termodinamik, malzeme bilimi ve elektronik ile yeni malzemelerin sentezine ve karakterizasyonuna odaklanan güçlü bir örtüşmeye sahiptir. Katılar, ana partiküllerinin düzenlenmesinde mevcut olan düzenin doğasına göre kristal veya amorf olarak sınıflandırmak mümkündür.

<span class="mw-page-title-main">Emilim (kimya)</span> kimyasal süreç

Kimyada absorpsiyon veya emilim, fiziksel veya kimyasal fenomen veya atomların, moleküllerin veya iyonların bir yığın fazına giriş sürecidir. Bu adsorpsiyondan farklı bir işlemdir, çünkü adsorpsiyonda moleküller yüzey tarafından alınmasına rağmen absorpsiyona (emilim) uğrayan moleküller hacim tarafından alınır.

<span class="mw-page-title-main">Boudouard reaksiyonu</span>

Adını Octave Leopold Boudouard'dan alan Boudouard reaksiyonu, belirli bir sıcaklıkta karbon monoksit ve karbon dioksitin kimyasal denge karışımının redoks reaksiyonudur. Karbon monoksitin karbondioksit ve grafite orantısız hale gelmesi veya bunun tersidir:

2CO CO2 + C

Damköhler sayıları (Da), kimyasal reaksiyonların zaman ölçeklerini, bir sistemde gerçekleşen taşınım olaylarının hızları ile karşılaştırmak için kimya mühendisliği alanında kullanılan boyutsuz sayılardır. Bu sayılar, kimya mühendisliği, termodinamik ve akışkanlar dinamiği alanlarında çalışmalar yapmış Alman kimyager Gerhard Damköhler'in adını taşımaktadır. Karlovitz sayısı (Ka), Damköhler sayısı ile ters orantılı olarak ifade edilir ve formülü Da = 1/Ka şeklindedir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.