/ MULTI-COMPONENT SEPARATION / MULTI-COMPONENT SEPARATION GENEL TANIM / GENERAL DESCRIPTION

(1)

2021 - 2022 / 503004101994 - MULTI-COMPONENT SEPARATION / MULTI-COMPONENT SEPARATION

GENEL TANIM / GENERAL DESCRIPTION

Ders Adı / Course Name MULTI-COMPONENT SEPARATION / MULTI-COMPONENT SEPARATION Ders Kodu / Course Code 503004101994

Ders Türü / Course Type

Ders Seviyesi / Course Level First Cycle / First Cycle

Ders Akts Kredi / ECTS 3.00

Haftalık Ders Saati (Kuramsal) / Course Hours For Week (Theoretical)

2.00

Haftalık Uygulama Saati / Course

Hours For Week (Objected) 0.00 Haftalık Laboratuar Saati / Course

Hours For Week (Laboratory) 0.00 Dersin Verildiği Yıl / Year 4

Öğretim Sistemi / Teaching System Face to Face / Face to Face Eğitim Dili / Education Language English / English

Ön Koşulu Olan Ders(ler) /

Precondition Courses Yok None

Amacı / Purpose 1.Öğrencilerin, çokbileşenli karışımların ayırma ilkelerini tanıması. 2.Kaynama ve yoğuşma noktası sıcaklık hesaplarının tartışılması, ideal ve gerçek Buhar-Sıvı Denge modelleri ile sonuçları karşılaştırmalarıdır. Basıncın, karışımın davranışına olan etkisi incelenmektedir.

3.Flaş ünitesinin çeşitli durumlar için modelleri (P, T, H, V/F ve vi/fi değişken grubundan iki bilinen değişken) ve sürekli destilasyon kolonunun temelleri incelenmektedir. 4.Raflı, sürekli bir destilasyon kolonunun benzeşimi kısa-yol (short-cut) ve etkin (rigorous) yöntemlerle gerçekleştirilmektedir. 5.Kesikli destilasyon kolonunun dinamik modelleri, benzeşimi, farklı işletme şekilleri ve tanıtımları incelemeleri sağlanmaktadır.

The aim of this course is to introduce the students the separation principles of multicomponent mixtures. Boiling point and dew point calculations are discussed and compared for ideal and real VLE models and the effect of pressure is investigated on the mixture behavior. Modeling of a flash unit for several cases (two known variable from P, T, H, V/F and vi/fi) has been carried out and the basics of a continuous distillation column discussed. Simulation of a stage type continuous distillation column by short-cut methods and rigorous methods is studied. Simulation of a batch

distillation column, different operation modes and their definitions are introduced. All subjects are given to students as projects and these projects are completed using ChemCad Package and Excel Spreadsheet calculations.

İçeriği / Content Çokbileşenli karışımların ayırma ilkeleri. Kaynama ve Yoğuşma Noktası Hesapları:

Basıncın, ideal ve gerçek Buhar-Sıvı denge modellerinin etkisi. Flaş Ünitesi: Flaş ünitesi altı durum için tasarlanmaktadır. Kısa-Yol (Short-cut) Yöntem: Fenske, Underwood, Gilliland ve Kirkbridge yaklaşımları kullanılarak enaz geridöngü, enaz kademe sayısı, teorik ve gerçek kademe sayıları, beslemenin kolona yapıldığı kademe, yoğuşturucu ve

buharlaştırıcının ısı yükleri, kolon çap ve yüksekliği. Etkin (Rigorous) Yöntem: Teta Yakınsama yöntemi kullanılarak kolonda her kademeye ait sıcaklık, sıvı ve buhar fazı debilerinin bulunması. Kesikli Destilasyon: Dinamik davranış, dört farklı konfigürasyonu (geleneksel, ters, ortadan tankla beslemeli ve çok tanklı kesikli destilasyon kolon tipleri) tanıtılmakta ve temel işletme adımları incelenmekte ve kısa-yol yöntemiyle sabit geridöngü

•Bubble Point and Dew Point Calculations: Effect of pressure and ideal and real VLE models. •Flash Unit: Flash Unit is designed for six cases. •Short-cut Method: Fenske, Underwood, Gilliland and Kirkbridge equations are used to calculate the minimum Reflux, minimum number of stages, theoretical and actual number of stages and location of the feed, heat duties of the condenser and reboiler, height and diameter of the column. Results are compared for considering ideal and real behavior of the mixture. •Rigorous Method: Teta Method of Convergence is applied to calculate the column temperature and liquid and vapor phase flow rate profiles. •Batch Distillation:

Dynamic behavior and the basic operation steps and operation modes are discussed and short-cut method is applied for the constant reflux and the variable reflux cases.

(2)

Önerilen Diğer Hususlar / Recommended Other Considerations

ASPEN Plus ve CHEMCAD gibi paket programları tanıyor olması To be familiar with the computer packages of ASPEN Plus ve CHEMCAD.

Staj Durumu / Internship Status Yok None

Kitabı / Malzemesi / Önerilen Kaynaklar / Books / Materials / Recommended Reading

DERS KİTABI:

Robin Smith, “Chemical Process Design and Integration”, John Wiley&Sons, ltd., (2005) YARDIMCI KİTAPLAR:

I.M. Mujtaba,”Batch Distillation, Design and Operation”, Imperial College Press, (2004) Charles Donald Holland, “Fundamentals and Modeling of Separation Processes:

Absorption, Distillation, Evaporation, and Extraction”, Prentice Hall; (1975)

Diwekar U. M.; "Batch Distillation: Simulation, Optimal Design and Control";, (1995), Taylor

& Francis International Publishers, Washington D.C.

Charles Donald Holland, “Fundamentals of Multicomponent Distillation”, McGraw Hill College Div; (1981)

James Douglas, “Conceptual Design Of Chemical Processes”,McGraw Hill, (1988) DERS ARAÇLARI: Excel, ChemCad ve Aspen Plus Paket Programları, konuyla ilgili güncel makaleler, internet kaynakları, vb.

•Robin Smith, “Chemical Process Design and integration”, John Wiley&Sons, ltd., (2005)

•I.M. Mujtaba,”Batch Distillation, Design and Operation”, Imperial College Press, (2004)

•Charles Donald Holland, “Fundamentals of Multicomponent Distillation”, McGraw Hill College Div; (1981)

•Charles Donald Holland, “Fundamentals and Modeling of Separation Processes:

Absorption, Distillation, Evaporation, and Extraction”, Prentice Hall; (1975)

•James Douglas, “Conceptual Design Of Chemical Processes”,McGraw Hill, (1988)

•Diwekar U. M.; "Batch Distillation: Simulation, Optimal Design and Control";, (1995), Taylor & Francis International Publishers, Washington D.C.

Öğretim Üyesi (Üyeleri) / Faculty

Member (Members) Dr. Öğretim Üyesi TUĞBA GÜRMEN

ÖĞRENME ÇIKTILARI / LEARNING OUTCOMES

1 3.Her konunun sonunda yapılan projelerle Excel, Aspen Plus ve ChemCad programlarını kullanarak

çözüm üretebilme. 3.To be able to produce solutions for the projects assigned for every subject by Excel, Aspen Plus

and ChemCad computer packages.

2 4.Çok bileşenli karışımların ayrılması için çözümler üretebilecek, ürün kalitesini artırıcı, geri dönüşüm

yolu ile çevreyi koruyucu önlemleri alabilmek için gerekli bilgi donanımını kazanma. 4.To be able to produce solutions to separate multicomponent mixtures, to have a backround for product quality improvements, to be able to suggest precautions for the environmental problems.

3 5.Endüstride uygulanan ayırma süreçlerinin yanı sıra, yeni teknolojiler konusunda da bilgi sahibi

olarak, istenen saflıkta bir ayırma için uygun yöntemi seçebilme. 5.To be able to choose the suitable method of separations for the required purity while being familiar with the industrial techniques and new technologies.

4 2.Yatışkın ve Dinamik modelleri inceleyerek ve sürecin modelinin oluşturulmasında kabullerin ve

model parametrelerinin etkilerini araştırabilme. 2.To be able to investigate the steady and unsteady state processes and to understand the effect of parameters and the assumptions to obtain the mathematical models for.

5 1.Çokbileşenli karışımların farklı ayırma yöntemlerinin temel ilkelerini kavrayabilme. 1.To be able to understand the fundamentals of separation methods for multicomponent mixtures.

HAFTALIK DERS İÇERİĞİ / DETAILED COURSE OUTLINE

(3)

Hafta / Week

1

Teorik Dersler / Theoretical Öğretim Yöntem ve

Teknikleri/Teaching Methods Techniques

Ön Hazırlık / Preliminary

Uygulama Lab

Tanışma, Dersin Haftalara göre Konularının dağılımı, Öğrencilerden Beklenenler ve Projeler üzerine bilgi ve Değerlendirme. Birlikte çalışacak öğrenci gruplarının oluşturulması, her grup 2 veya 3 öğrenciden oluşur. Çokbileşenli karışımların Ayırma Süreçlerinin Genel ve Temel Özelliklerinin tanıtılması

Introduction of the course content, expectations from the students, information and the the way of evaluation of the projects given.

Groups will be formed, each group will have 2 or 3 students. The fundamentals of separation methods for multicomponent mixtures are introduced.

2

Faz dengesi, Çokbileşenli karışımların kaynama ve yoğuşma sıcaklıklarının hesaplanması: Basıncın ve, ideal ve gerçek Buhar-Sıvı denge modellerinin etkisi, İlk Ödevin verilmesi: Her gruptan ayrı bir çokbileşenli (5 bileşenli) karışım seçmesi ve 3 farklı basınçta kaynama ve yoğuşma sıcaklıklarının Excel ve Aspen veya ChemCad kullanılarak hesaplanması ve sonuçların tartışılmasını istenmektedir.

Vapor Liquid Equilibrium, Bubble Point and Dew Point Calculations of multicomponent mixtures: Effect of pressure and ideal and real VLE models. First homework is given: The groups are asked to choose a different multicomponent mixture by 5 components and to carry out the bubble and dew point calculations for three different pressures in Excel and Aspen or ChemCad for ideal and real VLE models and discuss the results.

3

İlk ödevin teslimi ve sonuçların tartışılması. Flaş ünitesinin tanıtımı ve 6 durum için modelleri ve tasarımı, (P, T, H, V/F ve vi/fi değişken grubundan iki değişkenin verildiği ve diğerlerinin hesaplandığı durumlar). İkinci Ödev: Her gruba 2 farklı durum verilerek ilk ödevde seçilen çokbileşenli karışımın ayırma özelliklerinin flaş ünitesi tasarımıyla incelenmesi istenmektedir. Excel ve ChemCad kullanılmaktadır.

Submission of the first homework and discussion of the results.

Introduction of the flash unit and models and design for the six cases.

(group of variables from P, T, H, V/F and vi/fi, two variables are given as the design variables and the rest will be calculated). The second homework: 2 different cases are given to each group and are asked to design the flash unit for the multicomponent mixture selected for the first homework. Excel and Aspen Plus or ChemCad will be used.

Flaş ünitesi model ve çözüm algoritmalarına devam

(4)

5

İkinci Ödevin teslimi ve sonuçların tartışılması. Sürekli destilasyon kolonu modeli ve benzeşim algoritmaları, Kısa-Yol (Short-cut) Yöntem: Fenske, Underwood, Gilliland ve Kirkbridge yaklaşımları kullanılarak enaz geridöngü, enaz kademe sayısı, teorik ve gerçek kademe sayıları, beslemenin kolona yapıldığı kademe, yoğuşturucu ve buharlaştırıcının ısı yükleri, kolon çap ve yüksekliği

hesaplanmaktadır. Karışımların ideal ve gerçek davranışları için sonuçlar karşılaştırılmaktadır. Proje-1 in verilmesi. Her gruptan, seçili çokbileşenli karışımı, verilen üst ve alt ürün özelliklerinde ayıran sürekli destilasyon kolonunun Kısa-Yol kullanılarak tasarımını Excel ve ChemCad ile gerçekleştirmesi istenmektedir.

Submission of the second homework and discussion of the results.

Modelling of the continuous destillation column and simulation algorithms, Short-cut method: Calculation of minimum Reflux, minimum number of stages, theoretical and actual stage numbers, the feed stage, heat loads of the reboiler and the condenser, diameter and height of the column by Fenske, Underwood, Gilliland and Kirkbridge. The results obtained will be compared for the ideal and real VLE models. Project-1 will be given. Groups are asked to design a continuous distillation column for their multicomponent mixture to separate into given top and bottom products by short-cut method in Excel and ChemCad or Aspen Plus.

6

Kısa-Yol yöntemine devam, Grupların Proje-1 sırasında yaşadığı sorunların ve soruların tartışılması

Continue with the Short-cut method, Discussion on the problems that the groups have been facing on the project.

7

Proje-1 in teslimi, Etkin (Rigorous) Yöntem: Teta Yakınsama yöntemi kullanılarak kolonda her kademeye ait sıcaklık, sıvı ve buhar fazı debileri ve bileşen mol fraksiyonlarının hesaplanması

Submission of Project-1, Rigorous Method: Teta Method of Convergence is applied to calculate the column temperature and liquid and vapor phase flow rate and component mol fraction profiles.

8

ARASINAV

Midterm Exam

(5)

9

Etkin (Rigorous) Yöntem: Teta Yakınsama yöntemine devam, Proje-2 nin verilmesi, Kısa-Yol yöntemiyle tasarlanan kolonun Etkin Yöntemle kolon sıcaklık, sıvı ve buhar fazı debi profillerinin hesaplanması, Excel ve ChemCad ortamında.

Continue with Rigorous method, Teta Method of Convercence, Project-2 is given, calculation of the column temperature and liquid and vapor phase flow rate and component mol fraction profiles by Teta Method of Convergence in Excel and ChemCad or Aspen.

10

Etkin (Rigorous) Yöntem: Teta Yakınsama yöntemine devam, Proje- 2’de yaşanan sorunların ve soruların tartışılması

Continue with the Teta Method of Convercence, Discussion on the problems that the groups have been facing on the project.

11

Proje-2 nin teslimi, sonuçların tartışılması, Kesikli destilasyon kolonlarına giriş, temel özellikleri, işletme koşulları ve modeller.

Dinamik davranış ve temel işletme adımları incelenmekte ve kısa-yol yöntemiyle sabit geridöngü ve değişken geridöngü işletme şekilleri çalışılmaktadır.

Submission of Project-2 and evaluation of the results. Introduction to Batch Distillation: Dynamic behavior and the basic operation steps and operation modes are discussed and short-cut method is applied for the constant reflux and the variable reflux cases.

12

Kesikli Destilasyon Kolon tipleri: Geleneksel Kesikli kolon, Ters Kesikli Kolon, Ortadan Tankla Beslemeli ve Çok tanklı Kesikli destilasyon kolonlarının işletme özellikleri

The different batch distillation column configurations: Conventional, Inverted, Middlevessel and Multivessel column configurations, their operating conditions.

13

Proje-3 ün verilmesi, Geleneksel Kesikli kolonla çokbileşenli karışımın ayırma profilleri, Excel ve Aspen plus, ChemCad

Project-3 is given, The separation profiles of Conventional Batch Distillation column configuration by Excel and Aspen plus or ChemCad

(6)

14

Proje-3 sırasında yaşanan sorunların tartışılması

Discussion on the problems faced during Project-3.

15

Proje-3’ün teslimi ve Genel Değerlendirme

Submission of Project-3 and overall evaluation

16

Final Sınavı

Final Exam

(7)

DEĞERLENDİRME / EVALUATION

Yarıyıl (Yıl) İçi Etkinlikleri / Term (or Year) Learning Activities Sayı /

Number

Katkı Yüzdesi / Percentage of Contribution (%)

100 1

Ara Sınav / Midterm Examination

Toplam / Total: 1 100

Başarı Notuna Katkı Yüzdesi / Contribution to Success Grade(%): 40

Yarıyıl (Yıl) Sonu Etkinlikleri / End Of Term (or Year) Learning Activities Sayı /

Number

Katkı Yüzdesi / Percentage of Contribution (%)

100 1

Final Sınavı / Final Examination

Toplam / Total: 1 100

Başarı Notuna Katkı Yüzdesi / Contribution to Success Grade(%): 60

Etkinliklerinin Başarı Notuna Katkı Yüzdesi(%) Toplamı / Total Percentage of Contribution (%) to Success Grade: 100

Değerlendirme Tipi / Evaluation Type:

(8)

İŞ YÜKÜ / WORKLOADS

Ara Sınav / Midterm Examination 1 2.00 2.00

Final Sınavı / Final Examination 1 2.00 2.00

Derse Katılım / Attending Lectures 14 2.00 28.00

Rapor Hazırlama / Report Preparation 5 5.00 25.00

Proje Hazırlama / Project Preparation 3 5.00 15.00

Ödev Problemleri için Bireysel Çalışma / Individual Study for Homework Problems 2 3.00 6.00

Ara Sınav İçin Bireysel Çalışma / Individual Study for Mid term Examination 1 10.00 10.00

Final Sınavı içiin Bireysel Çalışma / Individual Study for Final Examination 1 12.00 12.00

Sayı / Number

Süresi (Saat) / Duration

(Hours)

Toplam İş Yükü (Saat) / Total

Work Load (Hour) Etkinlikler / Workloads

Toplam / Total: 28 41.00 100.00

Dersin AKTS Kredisi = Toplam İş Yükü (Saat) / 30.00 (Saat/AKTS) = 100.00/30.00 = 3.33 ~ / Course ECTS Credit = Total Workload (Hour) / 30.00 (Hour / ECTS) = 100.00 / 30.00 = 3.33 ~

(9)

PROGRAM VE ÖĞRENME ÇIKTISI / PROGRAM LEARNING OUTCOMES

Öğrenme Çıktıları / Learning Outcomes Program Çıktıları / Program Outcomes

1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.1.8 1.1.9 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.3.Her konunun sonunda yapılan projelerle Excel, Aspen Plus ve

ChemCad programlarını kullanarak çözüm üretebilme. / 3.To be able to produce solutions for the projects assigned for every subject by Excel, Aspen Plus and ChemCad computer packages.

4 4 4 5 5 5 4 3 4

2.4.Çok bileşenli karışımların ayrılması için çözümler üretebilecek, ürün kalitesini artırıcı, geri dönüşüm yolu ile çevreyi koruyucu önlemleri alabilmek için gerekli bilgi donanımını kazanma. / 4.To be able to produce solutions to separate multicomponent mixtures, to have a backround for product quality improvements, to be able to suggest precautions for the environmental problems.

5

3.5.Endüstride uygulanan ayırma süreçlerinin yanı sıra, yeni teknolojiler konusunda da bilgi sahibi olarak, istenen saflıkta bir ayırma için uygun yöntemi seçebilme. / 5.To be able to choose the suitable method of separations for the required purity while being familiar with the industrial techniques and new technologies.

4 4 4 5 5 5

4.2.Yatışkın ve Dinamik modelleri inceleyerek ve sürecin modelinin oluşturulmasında kabullerin ve model parametrelerinin etkilerini araştırabilme. / 2.To be able to investigate the steady and unsteady state processes and to understand the effect of parameters and the assumptions to obtain the mathematical models for.

4 4 5 4

5.1.Çokbileşenli karışımların farklı ayırma yöntemlerinin temel ilkelerini kavrayabilme. / 1.To be able to understand the

fundamentals of separation methods for multicomponent mixtures. 4 4 5

Katkı Düzeyi / Contribution Level : 1-Çok Düşük / Very low, 2-Düşük / Low, 3-Orta / Moderate, 4-Yüksek / High, 5-Çok Yüksek / Very high