Akademik Veri Yönetim Sistemi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Gazi Üniversitesi, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2016
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Duygu Uysal
Danışman: ÖZKAN MURAT DOĞAN
Özet:Günümüzde iklim değişikliği, küresel ısınma olarak kendini göstermektedir ve küresel ısınmanın da bir numaralı nedeni en önemli sera gazı olan karbon dioksitin atmosferdeki konsantrasyonunun giderek artmasıdır. Karbon dioksitin salınmasının doğal nedenleri olduğu gibi, bu tehlikeli artışa neden olan asıl etken antropojenik yani insan kaynaklı karbon dioksit salınımıdır. Antropojenik karbon dioksit salınımının da en fazla olduğu yer, enerji ve ısının üretildiği termik santraller ve fabrikalardır. Günümüzde atmosferdeki karbon dioksit miktarını azaltmak veya karbon dioksit salınımını azaltmak için birçok çalışma yapılmaktadır. Bunun için en etkili yöntem baca gazındaki karbon dioksitin bir çözelti içerisine absorplanmasıdır. Dünyada baca gazından karbon dioksit absorpsiyonu konusunda endüstriyel uygulama çok sayıda olmasa da, karbon dioksit salınımının doğurduğu küresel tehdide karşı çalışmalar yapmak oldukça güncel bir konudur. Mevcut konvansiyonel absorpsiyon sistemlerinin işletme ve rejenerasyon ünitelerindeki enerji ihtiyaçlarının çok yüksek olması, fabrikanın net verimini yaklaşık olarak %1 düşürmesi ve kullanılan çözeltilerin bozulmaya karşı hassas olup proses sırasında bu nedenle çözelti kaybı yaşanmasından dolayı alternatif çözümler aranmaktadır. Alternatif çözüm olarak araştırmacıların odaklandığı konu, mevcut sistemlerdeki dezavantajları ortadan kaldıracak verimli, yeni bir çözelti bulmaktır. Bu doktora tezinde de alternatif çözelti olarak kalsiyum asetat çözeltisi önerilmiş olup, absorpsiyon sistemlerinde kullanılmak için gerekli olan bilgilere ulaşılmıştır. Kalsiyum asetat, üretilmesi oldukça kolay ve ucuz olan, bozunma problemi olmayan çevre dostu bir kimyasaldır. Genelde yollarda buz çözücü olarak veya gıdalarda koruyucu olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda da benzer kimyasalların asit gazların tutulmasında kullanılması, bu kimyasalın karbon dioksit absorpsiyonu için uygun bir aday olduğu düşüncesini kuvvetlendirmektedir. Literatürde kalsiyum asetat veya kalsiyum asetat-karbon dioksit sistemi hakkında bilgi bulunmadığından bu doktora çalışmasının ilk aşaması olarak öncelikle farklı konsantrasyonlardaki kalsiyum asetat çözeltilerinin atmosferik basınçta termofiziksel özellikleri elde edilmiştir. Aynı zamanda yüksek basınçlardaki termofiziksel özellikleri de elde edilmiş olup, yine yüksek basınç değerlerindeki toplam absorplama kapasitesi değerleri elde edilmiştir. Elde edilen bu değerlerden sonra, kütle transferi çalışmalarında ilk aşama olan difüzyon katsayısı çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalar hem teorik, hem de deneysel olarak diyafram hücre kullanılarak yapılmıştır ve elde edilen sonuçlar birbiriyle uyum içerisindedir. Kalsiyum asetat çözeltisine karbon dioksitin absorpsiyonu kimyasal reaksiyonlu absorpsiyondur. Dolayısıyla karbon dioksitin kalsiyum asetat çözeltisindeki çözünürlüklerini deneysel olarak doğrudan belirlemek mümkün olmadığından öncelikle karbon dioksit için kalsiyum asetat çözeltisindeki Henry sabitleri teorik olarak belirlenmiştir. Absorpsiyon kimyasal reaksiyonlu olduğundan reaksiyonun kinetiği de incelenmiştir. Bunun için parametrik çalışma yapılmıştır ve karıştırmalı hücre reaktörde çalışılmıştır. Kinetik çalışmalarında, kalsiyum asetat ve karbon dioksit arasında gerçekleşen reaksiyon farklı çözelti konsantrasyonlarında, farklı karbon dioksit konsantrasyonlarında ve farklı sıcaklıklarda tekrarlanmıştır. Bunun sonucunda reaksiyon hız ifadesi elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, kalsiyum asetat ve karbon dioksit arasında gerçekleşen reaksiyon hızının her iki bileşenin konsantrasyonuna birinci dereceden bağlı olduğu görülmüştür. Ayrıca reaksiyonun aktivasyon enerjisi ve frekans faktörü değerleri de belirlenmiştir. Reaksiyon kinetiği incelemesinin ardından araştırmalarda en çok kullanılan iki ekipman olan karıştırmalı hücrede ve ıslak duvarlı kolonda kütle transferi çalışmaları yapılmıştır. Bu birbirinden çok farklı iki ekipmanda yürütülen çalışmaların sonucunda, kütle transfer katsayıları elde edilmiştir. Ayrıca her iki sistemde incelenen kimyasal reaksiyonlu absorpsiyon için fiziksel absorpsiyona göre artış faktörleri de belirlenmiştir. Söz konusu kimyasal absorpsiyonun hızlı reaksiyon ile ara rejime geçiş bölgesinde gerçekleştiği anlaşılmıştır.