Akım Şemaları ( Dr.Hasip YENİOVA )

1. Giriş 2. Akım Şemalarının Gösterilişi. 2.1 Blok diagramlar 2.2 Resim şeklinde gösterilen akım şemaları 2.3 Akış hızlarının gösterilişi 2.4 Akım şeması üzerinde yer alan diğer veriler 2.5 Yerleşim planı (Layout) 2.6 Verilerin kesinliği ve doğruluğu 2.7 Hesaplamalarda kullanılan temeller 2.8 Kesikli prosesler 2.9 Yardımcı ¸niteler 2.10 Ekipmanlara kod ve ad verilmesi örnek akım şemaları. Akrilonitrilin polimerizasyonu Nitrik asit ¸retim prosesi 3. Hesaplamalar 3.1 Temeller 3.2 Akım şeması üzerinde yer alan Çeşitli üniteler için kütle ve enerji denklikleri. 3.2.1 Şift konvertür¸ 3.2.2 Dikloretan üretimi 3.2.3 Nitrik asit üretimi 4. Bilgisayar Destekli Akım Şemaları. 4.1 Tam ve yatışkın hal benzeşim (simulasyon) proğramları. 4.2 Bilgi akım diagramları. 4.3 örnek: Nitrobenzeníden anilin üretimi 5. Basit K¸tle Denkliği Programları 5.1 Fraksiyon katsayıları kavramı ve k¸tle denkliklerinin matriks formda gösterilmesi. 5.2 Örnek: İzopropil alkolden aseton üretimi. 6. Borulandırma ve Enstrümantasyon (PNI) ANKARA Eyl¸l 2003

AKIM ŞEMALARI 1. GİRİŞ Akım şemaları, proses tasarımında anahtar dˆk¸man olarak adlandırılacak kadar ˆnemli bir konudur. Akım şemaları ¸zerinde tasarımda yer alan ekipmanlar, akım hatları, akımların hızları, bileşimleri ekipmanların işletme koşulları yer alır. Hazırlanan bir akım şeması proje grubunda yer alan uzman tasarımcıların kullanımına sunulur. Uzman tasarımcıların yapacakları işler arasında borulandırma ve enstr¸mantasyon, ekipman tasarımı, yerleşim planının hazırlanması gibi işler yer alır. İşletme personeli de işletme kılavuzlarının hazırlanması ve işletme teknisyenlerinin eğitimi iÁin gerekli dˆk¸manların hazırlanması amacıyla akım şemalarını kullanırlar. Akım şemaları, işletmeye alma Áalışmaları (start up) sırasında prosesin işletme performansının tasarım değerleriyle kıyaslanması amacıyla da kullanılır. Akım şemaları, prosesde yer alan her bir ¸nite iÁin ve t¸m proses iÁin yapılan k¸tle ve enerji denklikleri temel alınarak oluşturulur. Akım şemaları ¸zerinde yer alan niceliklerin hesaplanması, b¸y¸k ve kompleks tesisler iÁin oldukÁa g¸Á ve zaman alıcıdır. Bu nedenle proses şemaları, g¸n¸m¸zde bilgisayar destekli olarak hazırlanmaktadır. Bilgisayar destekli olarak Áalışmanın diğer bir ¸st¸nl¸ğ¸ ise alternatif akım şemalarının oluşturulması, en uygun prosesin seÁimi ve en uygun proses koşullarının saptanmasında getirdiği kolaylıklardır. Akım şemalarının hazırlanmasında yararlanılan bazı bilgisayar proğramların adları ve ˆzellikleri ve basit bir akım şeması hazırlanmasında kullanılan bir bilgisayar proğramının detayları (Massball) Sinnot, RK.1983, Chemical Engineering Design adlı kaynakta verilmiştir. Bir prosesin tasarımında, akım şemasının ortaya konulmasından sonraki adım borulandırma ve enstr¸mantasyon (P&I) şemasının hazırlanmasıdır. Bu şema, M‹HENDİSLİK AKIM ŞEMASI veya MEKANİK AKIM ŞEMASI olarak da adlandırılır. 2. AKIM ŞEMALARININ G÷STERİLİŞİ Akım şeması, prosesi tanımlayan bir dˆk¸man olması olması nedeniyle aÁık, anlaşılır, doğru ve tam olmalıdır. «eşitli tipte akım şemaları vardır. Bunlar hakkında kısa bilgiler aşağıda verilmiştir. 2.1 Blok diağramlar Blok diagram en basit gˆsterim şeklidir. «izimde yer alan her bir blok bir ekipmanı veya prosesin belirli bir adımını simgeler. Bug¸ne değin okumuş olduğunuz birÁok dersin iÁeriğinde karşılaşmış olduğunuz prosesler size blok diagramlarla gˆsterildi. Kare, dikdˆrtgen, daire gibi Şekillerden oluşan ve hatta bazılarında akımların akış hızlarının ve bileşimlerininde gˆsterildiği bu diagramların m¸hendisler iÁin pek fazla kullanımı ve yararı yoktur. Bu diagramlar, ˆn raporların hazırlanmasında ve eğitim amacıyla kullanılır. 2.2 Resim Şeklinde gˆsterilen akım Şemaları Ayrıntılı akım şemalarında, ekipmanlar genelde belirli bir stile (tarza) uygun olarak Áizilirler. Bu Áizim tarzı her nekadar ¸nl¸ karikatir¸st¸m¸z Bedri Koraman’ın Áizim stiline benzesede kullanılan semboller ve Áizimler belirli standartlara uymalıdır. İngiliz standartlarından BS 1553 (1977), M¸hendislikte kullanılan grafik sembollere ayrılmış olup bu kaynağın 1.bˆl¸m¸nde borulandırma sistemlerine yer verilmiştir. Bu standartdan seÁilen bazı semboller Ek-1 verilmiştir. Amerikan Ulusal Standartlar Enstit¸s¸ (ANSI)’de akım şemalarının hazırlanmasında kullanılan bir semboller dizini hazırlamıştır.

2.3 Akış hızlarının gösterilişi Her bir bileşenin akış hızı, toplam akış hızları ve akımların yüzde bileşimleri akım şemaları ¸zerinde çeşitli Şekillerde gösterilebilir. En basit yˆntem, Şekil-1 de akrilonitrilin polimerizasyon prosesi iÁin gˆsterildiği gibi sadece ˆnemli ¸niteleri gˆz ˆn¸ne alarak akım hatları boyunca yerleştirilen blokların iÁerisine verilerin yazılmasıdır. Daha iyi bir akım şeması Şekil-2 de nitrik asit ¸retim prosesi iÁin verilmiştir. Bu şemadan gˆr¸lebileceği gibi her akım hattına bir numara verilerek akımların ˆzellikleri şemanın altındaki Áizelgeye yazılmıştır. Bu yöntem profesyonel tasarımcılar tarafından tercih edilir 2.4 Akım Şeması ¸zerinde yer alan diğer veriler Akım şemaları ¸zerine yazılan diğer bilgiler müşterinin talebine ve tasarımcının pratiğine bağlıdır. Şema ¸zerine yazılan bilgileri iki grupta toplayabiliriz: Zorunlu bilgiler. 1. Akımın bileşimi; i) her bir bileşenin akış hızı kg/st olarak veya ii) akımın ağırlıkÁa y¸zde bileşimi verilir. 2. Akımın toplam akış hızı kg/st olarak verilir. 3. Akımın sıcaklığı oC olarak yazılır. 4. Nominal işletme basıncı (istenilen işletme basıncı) yazılır. SeÁimli bilgiler 1. Molar y¸zde bileşimler. 2. Akımların ortalama olarak fiziksel ˆzellikleri, ˆrneğin; 3 i) yoğunluk, kg/m 2 ii) viskozite, mNs/m 3. Bir iki kelimeyle tanımlanabilecek Şekilde akımlara birer ad verilmesi. 4. Akımların entalpisi, kJ/st. Akımların fiziksel ˆzelliklerinin, akım şemasının hazırlanmasından sorumlu proses m¸hendisi tarafından hesaplanması, ¸nite tasarımlarını yapan uzman tasarımcılara kolaylık sağlar. Ayrıca tasarım ekibinde yer alan t¸m gruplar aynı fiziksel ˆzellikleri kullanmış olur. 2.5 Yerleşim planı (LAYOUT) Prosesde yer alan temel ekipmanların akım şeması ¸zerinde sırasıyla gˆsterilmesidir. Bazen gerekli olduğunda, ısı değiştirici pompa gibi yardımcı ekipmanlarda şema ¸zerinde sırasıyla gˆsterilir. AmaÁ madde akımını gerÁekteki şekline uygun olarak gˆsterebilmektir. Şema ¸zerinde, temel ekipmanlar gerÁek b¸y¸kl¸klerine kıyasla daha b¸yük bir orantıda, yardımcı ekipmanlar ise daha k¸Á¸k bir orantıda gˆsterilirler. Fazla sayıda ¸nite iÁeren kompleks proseslerin akım şemaları tek bir kağıda sığdırılamadığı durumda biribirini izleyen birden fazla sayıda kağıt ¸zerine Áizim yapılır. Akım hatları numaralandırılır ve bir ˆnceki sayfadan gelen veya bir sonraki sayfaya devam eden akım hattının numarası Áift daire iÁinde gˆsterilir. Bu akım hattının hangi sayfadan geldiği veya hangi sayfaya devam ettiği Áift dairenin altına sayfa numarası yazılarak belirtilir. Akımların ˆzellikleri ve diğer bilgiler ekipman yerleşim planının altında veya ¸zerinde yer alan Áizelgede gˆsterilir. Bileşenlerin adları Áizelgenin sol başındaki kolonda yer almalı, akımların numaraları ise Áizelgenin ¸st satırına sırayla yazılmalıdır. İki akım hattının birleştiği bir noktadan sonra veya herhangibir ¸niteden Áıkan akımın bileşiminin değişmediği durumlarda da bu akım hatlarınada yeni bir numara verilmesi ve akım hattıyla ilgili bilgilerin tekrar yazılması gerekir. Unutmayınızki Áizdiğiniz akım şemasının sizin iÁin ne kadar aÁık ve anlaşılır olmasından ziyade başka birisi iÁin ne kadar aÁık ve anlaşılır olduğu ˆnemlidir.

2.6 Verilerin kesinliği ve doğruluğu Proses akım şemaları ¸zerine yazılan verilerin y¸ksek bir doğruluk derecesinde olması gerekmez. Verileri virg¸lden sonra bir basamaklı olarak yazmak yeterlidir. Eğer akım veya bileşenlerden birisi iÁin yazılacak bir veri uyulması gereken hassasiyet derecesinden Áok k¸Á¸kse bu verinin daha y¸ksek bir hassasiyet derecesinde yazılması gerekir. «ok daha k¸Á¸k değerler ise ‘eser’ miktarda olarak yazılır. Sˆz¸ edilen bu Áok k¸Á¸k değer prosesi kısıtlayan bir ˆneme sahipse ‘ppm’ olarak belirtilmelidir. Bazı durumlarda eser miktardaki maddeler Áok ˆnemlidir. ÷rneğin; katalizˆr zehirlenmesine neden olan ve malzeme seÁimini etkileyen maddeler sˆz konusu olduğunda bu maddelerin miktarları belirtilmelidir. 2.7 Hesaplamalarda kullanılan temeller Akım şeması ¸zerine yazılan değerlerin hesaplanmasında kullanılan temeller akım şeması ¸zerinde belirtilmelidir. Bu temeller iÁerisinde; yıllık işletme s¸resi, reaksiyon verimi ve fiziksel verimler, enerji denkliğinde kullanılan ortam sıcaklığı, hesaplamalarda kullanılan varsayımlar yer alır. 2.7 Kesikli prosesler Kesikli prosesler iÁin hazırlanan akım şemalarında gˆsterilen değerler tek bir dolum (batch) iÁin gerekli miktarlardır. Eğer sˆz¸ edilen kesikli proses, s¸rekli bir prosesin bir parÁası ise ona ait akım şeması s¸rekli prosesin akım şeması iÁerisinde gˆsterilir ve sınırları belirtilir. S¸rekli proseslerde kg/st olarak yazılan miktarlar keskli proses iÁin kg/dolum olarak yazılır. ÷rneğin s¸rekli bir polimerizasyon prosesi iÁin gerekli katalizˆr¸n hazırlanması kesikli bir prosesdir. 2.9 Yardımcı ¸niteler Bir karışıklığa neden olmaması amacıyla yardımcı ¸nitelerden gelen veya yardımcı ¸nitelere giden akım hatları aynı akım şeması ¸zerinde gˆsterilir ve bu hatların ¸zerine ne oldukları belirtilir. 2.10 Ekipmanlara kod ve ad verilmesi Akım şemasında yer alan her ekipman bir ad ve kod numarası verilerek tanımlanır. Ekipmanın tanımı, genellikle bir harf ve bir kaÁ basamaklı sayıdan oluşur. ÷rneğin; R: Reaktˆr, H: Isı değiştirici, C: Kolon 3. HESAPLAMALAR K¸tle ve enerji denkliklerinden yararlanılarak akımların miktar ve bileşimlerinin hesaplanması ve bu değerlerin tasarım denklemleri ve tasarım kısıtlamalarıyla birleştirilmesi sonucu akım şemalarının ¸zerine yazılacak değerler elde edilir. Bu hesaplamalar sayısal olarak veya bilgisayar yardımıyla yapılır. Bu bˆl¸mde, hesaplamalarda geÁen bazı kavramlar vurgulandıktan sonra Áeşitli ekipmanların akım şemalarının hazırlanması iÁin yapılan sayısal hesaplamalara ˆrnekler verilmiştir. Daha ˆnce de belirtildiği tasarım Áalışmalarında dış ve iÁ kısıtlamalar olmak ¸zere iki t¸r tasarım kısıtlamaları vardır. Bunlar; Dış kısıtlamalar: Tasarımcının kontrolunda olmayan kısıtlamalardır. i. M¸şteri talebine gˆre belirlenen ¸r¸n spesifikasyonları ii. Alevlenme limiti v.b. temel g¸venlik konuları iii. H¸k¸met tarafından saptanan atık spesifikasyonları bu t¸r kısıtlamalara ˆrnektir.

Bir cevap yazın