Polistiren, bitümlü şist ve karışımlarının yanma kinetiklerinin termogravimetrik analiz cihazı kullanılarak incelenmesi

Abstract

POLİSTİREN, BİTÜMLÜ ŞİST VE KARIŞIMLARININ YANMA KİNETİKLERİNİN TERMOGRAVİMETRİK ANALİZ CİHAZI KULLANILARAK İNCELENMESİ Soner Yağmur ÖZ Göynük bitümlü şisti, polistiren ve karışımlarının yanma deneyleri 293-1173 K sıcaklık aralığında, SETARAM TG DTA92 cihazı ile hava atmosferi altında yapılmıştır. Arrhenius, Coats & Redfern ve DAEM kinetik modelleri ile deney verilerinden kinetik parametreler hesaplanmıştır. Göynük bitümlü şistinin yanmasına, 5-90 K/dk ısıtma hızı aralığında (-149+88)um boyutu için, 5-20 K/dk ısıtma hızı aralığında ise (-88)um ve (-149+21 0)um boyutları için ısıtma hızının ve tanecik boyutunun etkisi yapılan deneylerle incelenmiştir. Genel olarak, 5-20 K/dk ısıtma hızı aralığında tüm tanecik boyutları için ısıtma hızının artmasıyla, en yüksek ağırlık kaybının olduğu sıcaklık Tm, ve bu sıcaklığa karşı gelen hız değeri DTGm değerlerinde artış olduğu gözlenmiştir. Toplam dönüşüm (TD) değerlerinde ise ısıtma hızının artışıyla önemli bir değişiklik olmadığı gözlenmiştir. Polistirenin yanmasına 5-20 K/dk ısıtma hızı aralığında, ısıtma hızının etkisi yapılan deneylerle incelenmiştir. Tm, Ts ve DTGm değerlerinde ısıtma hızının artmasıyla artış olduğu, toplam dönüşüm değerlerinde önemli bir değişiklik olmadığı görülmüştür. Polistiren/bitümlü şist karışımlarının yanmasına ısıtma hızı ve karışma oranının etkisi 5-20 K/dk ısıtma hızı aralığında ve çeşitli karışım oranlarında incelenmiştir. Isıtma hızının artmasıyla DTGm ve Tm değerlerinde artış gözlenmiştir. Toplam dönüşüm değerleri incelendiğinde, karışımın polistiren içeriği arttıkça düşük ısıtma hızında toplam dönüşümlerde artış olduğu gözlenmiştir. Göynük bitümlü şistinin ve polistiren karışımının yanma deneylerinden elde edilen verilerden, Arrhenius, Coats and Redfern ve DAEM kinetik modelleri kullanılarak kinetik parametreler hesaplanmıştır. Genel olarak, Arrhenius ve Coats &Redfem modellerinde ısıtma hızının artmasıyla aktivasyon enerji değerlerinde azalma olduğu gözlenmiştir. DAEM kinetik modelinde ise sıcaklık artışına bağlı olarak çeşitli tanecik boyutlarında ve polistiren/bitümlü şist karışımında incelenen sıcaklık aralığında, aktivasyon enerji değerlerinde hem artış hem de azalma olduğu gözlenmiştir. Göynük bitümlü şisti ve polistiren karışımının yanması sonucu elde edilen entalpi değişimine sıcaklık ve karışma oranının etkisi incelenmiş, yüksek ısıtma hızlarında reaksiyonların daha düşük entalpi değişimi gösterdiği dolayısıyla ısıtma hızının artmasıyla reaksiyon veriminin azaldığı düşünülmektedir. Anahtar kelimeler : bitümlü şist, polistiren, yanma, kinetik Danışman : Prof.Dr. Tülay DURUSOY, Hacettepe Üniversitesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı

INVESTIGATION OF COMBUSTION KINETICS OF POLSTYRENE, OIL SHALE AND THEIR BLENDS BY A THERMOGRAVIMETRIC ANALYZER Soner Yağmur ABSTRACT Combustion experiments of oil shale, polystyrene and their blends were accomplished by using SETARAM TG DTA92 thermogravimetric analyzer under air atmosphere and temperature interval of 293-1173 K. The data arising from experiments were used for estimation of kinetic parameters for Arrhenius, Coats and Redfern, and DAEM kinetic models. Influence of heating rate and particle size on the combustion of Göynük oil-shale was investigated by the experiments realized in 5-90 K/min heating rate interval for (-149+88)um particle size interval and in 5-20 K/min heating rate interval for (-88), (-210+149)um particle size intervals. In general, due to the increase of heating rate it was observed that the temperature (Tm) corresponding the maximum weight loss and that of rate value (DTGm) had increased. There were no prominent change on the total conversion had observed with the increase of heating rate. Influence of heating rate on the combustion of polystyrene was investigated by the experiments done in 5-20 K/min heating rate interval. With increasing of heating rate, the increase in Tm, Ts and DTGm was observed. Influence of heating rate and mixing ratio on the combustion of polystyrene/oil- shale blends was investigated by the experiments done in 5-20 K/min heating rate interval with different mixing ratios. It was observed that the increase in heating rate cause to change as increase of DTGm and Tm values. When total conversion comeout was investigated, it was seen that as increasing the polystyrene content in the mixture in the low heating rates, then total conversion increase had been observed. The kinetic parameters were estimated for Arrhenius, Coats&Redfern and DAEM kinetic models by utilizing data obtained from the combustion experiment of the mixture of Göynük oil-shale/polystyrene. Generally, it was seen that there were decrease in activation energy values by increasing of heating rate for both Arrhenius and Coats&Redfern models. In DAEM kinetic model, depending on the increase of temperature in various particle size and polystyrene/oil-shale mixture, either increase and decrease in activation energies were seen. The enthalpy change for the combustion of polystyrene and oil-shale mixtures was estimated and effects of mixing ratio and temperature were investigated. It was seen that decrease of the enthalpy change values by increasing the heating rate. Therefore, it was thought that higher heating rates cause to prevent completion of combustion reaction. Keywords : oil shale, polystyrene, combustion, kinetic Advisor: Prof.Dr. Tülay DURUSOY, Hacettepe University, Department of Chemical Engineering, Chemical Engineering Section 11