NİTROBENZENİN KATALİTİK HİDROJENASYONU İLE ANİLİN ÜRETİMİ

1. PROSES TASARIMI II
NİTROBENZENİN KATALİTİK HİDROJENASYONU İLE
ANİLİN ÜRETİMİ
1AC GRUBU
10051042 ESRA ALTUN
11051803 AYŞE ÇELİK

2. İÇERİK
• ANİLİN ve ÖZELLİKLERİ
• KULLANIM ALANLARI
• KAPASİTE
• PROSES AKIŞ DİYAGRAMI
• EKONOMİK ANALİZ
a. Sabit Sermaye Maliyeti Kestirimi
b. Toplam Sermaye Maliyeti Kestirimi
c. Üretim Maliyeti Kestirimi
d. Karlılık Analizi
• SONUÇ ve TARTIŞMALAR

3. ANİLİN

4. ANİLİNİ TANIYALIM
• FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ
• Anilin; renksiz, oldukça rahatsız edici kokulu,
yağsız bir sıvıdır.
• Işık ve hava etkisiyle yükseltgenerek
kahverengileşir.
• Suda çok az çözünür. ( 3,6 g /100 ml 18ºC’de)
• Etanol, benzen, kloroform ve başlıca organik
çözücülerle karışır.

5. FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLER
Özellikler Değer Özellikler Değer
Kimyasal formülü C6H5NH2 Kırılma indisi n20 1,585
Molekül Ağırlığı 93,12 g/mol Yanma Isısı 3389,72 kJ/mol
Özgül Ağırlığı 1,022 g/l Gizli Buharlaşma Isısı 478,55 J/g
Kaynama Noktası 184 - 186 ºC Parlama Noktası (Kapalı
Kapta)
70 - 76ºC
Donma Noktası -6,3 ºC Parlama Noktası (Açık
Kapta)
75,5 ºC
Alevlenme Noktası (Kapalı Kap) 70 ºC Kritik Sıcaklık 425,6 ºC
Kendiliğinden Tutuşması
Noktası
371 ºC Kritik Basınç 5,30 MPa
Viskozite (20 ºC'de) 4,423 poise

6. Boyar Madde
Yapımı
İlaç
Patlayıcı
Deri Rengini
Koyulaştırma
KULLANIM
ALANLARI

7. TOKSİKOLOJİK ÖZELLİKLER
• Anilin solunduğunda, deri ile temasında ve
yutulduğunda toksik bir maddedir.
• Gözlerde irritasyon, yaşarma, görüşte
bulanıklık, fotofobiye neden olabilmektedir.
Korneaya zarar verebilmektedir.
• Yutulduğunda, hemoglobin ve
methemoglobini etkiler. Mesleki sinir
sisteminde asfeksiye neden olur.
• Suda yaşayan canlılar için son derece
zararlıdır.

8. NİTROBENZENİN SIVI FAZDAKİ KATALİTİK
HİDROJENASYONU İLE ANİLİN ÜRETİMİ

9. KAPASİTE
VE
GEREKLİ HAMMADDE MİKTARI

10. • Proseste yıllık üretim kapasitesi 2000
ton/yıl olarak belirlenmiştir.
Besleme
Nitrobenzen 3,2 kmol/h 393,96 kg/h
𝟑𝟐𝟐𝟏, 𝟓𝟗
ton/yıl
Hidrojen 9,6 kmol/h 19,35 kg/h 158,23 ton/yıl
Ürün Anilin
2,63
kmol/h
244,64 kg/h 2000 ton/yıl

12. PROSES AKIŞ DİYAGRAMI
P-101 C-101 M-101 E-101 R-101 E-102 V-101 P-102 T-101 C-102 C-103 E-103
Pompa Kompresör Karıştırıcı Isı Değiştirici Reaktör Isı Değiştirici Flash Pompa Distilasyon
Kulesi
Kompresör Kompresör Isı Değiştirici

13. Ekipman Parametre Değer Gerekli Veriler
P-101 Pompası
Giriş basıncı 1 atm
W= 0,00578 kW
Çıkış basıncı 1,5 atm
P-102 Pompası
Giriş basıncı 1,5 atm
W= 0,043 kW
Çıkış basıncı 5 atm
C-101 Kompresörü
Giriş sıcaklığı 298 K
W= 3,791 kW
Çıkış sıcaklığı 369,76 K
C-102 Türbini
Giriş basıncı 5 atm
W= -0,378 kW
Çıkış basıncı 1 atm
C-103 Türbini
Giriş basıncı 5 atm
W= -0,98 kW
Çıkış basıncı 1 atm
V-101 Faz ayırıcı
Hacim 0,062 m3
Dikey
konumlandırılmıştır.
Çap 0,27 m
Yükseklik 1,08 m
Ekipman boyutlandırma özeti

14. Ekipman Parametre Değer Gerekli Veriler
R-101 Faz ayırıcı
Hacim 60,71 m3
Yatay konumlandırılmıştır.Çap 2,684 m
Yükseklik 10,736 m
E-101 Isı değiştirici
Giriş sıcaklığı 47,5 ºC
Alan= 2,7 m2
Çıkış sıcaklığı 253 ºC
E- 102 Isı değiştirici
Giriş sıcaklığı 250 ºC
Alan= 1,75 m2
Çıkış sıcaklığı 49,1 ºC
E- 103 Isı değiştirici
Giriş sıcaklığı 185 ºC Alan= 1,015 m2
Çıkış sıcaklığı 25 ºC
T-101 Distilasyon Kolonu
Alan 0,015 ft2
Çap 0,043 m
Kaynatıcı debisi 270,1 kg/h
Yoğuşturucu debisi 4969,3 kg/h
Raf sayısı 15 raf

17. Sabit Sermaye Maliyetinin
Kestirimi
Yıl Endeks değeri
1968 113,7
2013 572
Çizelge 6.1 CEPCI maliyet endeksi*
𝑈𝐹 =
𝐵𝑢𝑔ü𝑛𝑘ü 𝑚𝑎𝑙𝑖𝑦𝑒𝑡 𝑒𝑛𝑑𝑒𝑘𝑠𝑖
𝑇𝑒𝑚𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑙𝑖𝑦𝑒𝑡 𝑒𝑛𝑑𝑒𝑘𝑠𝑖
=
572
113,7
= 5,03′
𝑑𝑢𝑟.
http://www.chemeng.queensu.ca/courses/CHEE332/files/CEPCI_2014.pdf

18. • Malzeme; dökme demir
• Fm = 1
• İşletme sınırları; T= 77 F, P= 7,35 psig
• F0=1 alınmıştır. MBF= 1’dir*.
• Santrifüj pompası için;
• S= C/F = 1,45*22,04 = 31,958 gpm*psig
• Bu S değeri için α = 0,17 seçilmiştir.
• 𝐶 = 𝐶0
𝑆
𝑆0
𝛼
= 0,39 × 103 31,958
10
0,17
= 475$
• 475$ < 200.000$ olduğundan MF2 alınır. Burada MF2= 3,38’ dir.
• Güncellenmiş çıplak modül maliyeti = UF (BC) (MBF+MF-1)
• Güncellenmiş çıplak modül maliyeti = 5,03* 475* (1+3,38-1) = 8.075$
• Kompresör hesabı pompa gibidir.
• *Bolat, E., Salt İ., Salt, Y., Duranoğlu D., Açıkalın K., Dilmaç Ö.F., (2012-
2013), Yıldız Teknik Üniversitesi Proses Tasarımı Ders Notları, İstanbul.

19. • Reaktörün maliyeti, basınçlı kap hesaplamaları kullanılarak
hesaplanmıştır.
• D= 2,684 m= 8,806 ft >1,2 m olduğundan yatay konumlandırılmıştır.
• L= 35,223 ft
• Basınçlı kap için cihaz maliyeti:
• 𝐶 = 𝐶0
𝐿
𝐿0
𝛼 𝐷
𝐷0
𝛽
• Yatay kap için bulunan değerler (Bolat, E., 2012):
• 𝐶0 = 600 𝐿0 = 4,0 𝐷0 = 3,0 𝛼 = 0,78 𝛽 = 0,98
• BC= 600x(35,223/4,0)0,78x(8,806/3,0)0,98= 9.405$
• Cihaz maliyeti 200.000 $’ın altında olduğundan MF2 değeri alınır (Bolat,
E., 2012)
• 𝑀𝐹2 = 3,18
• Malzeme olarak karbon çeliği seçildi. Fm=0; Fd=0; Fs=1. MBF=1 alınmıştır.
• Güncellenmiş kurulmuş cihaz maliyeti = 5,03x9405x(1+3,18-1)= 150.436 $
• Faz ayrıştırıcısı hesabı da reaktör gibidir.

20. • A= 29,06 ft2
• Isı değiştirici için cihaz maliyeti:
• 𝐶0 = 300 $ 𝑆0 = 5,5 𝛼 = 0,024
• 𝐶 = 300
29,06
5,5
0,024
= 312,2 $
• Cihaz maliyeti 200.000 $’ın altında olduğundan
MF2 değeri kullanılır (Bolat, E., 2012). MF2=1,83
• 𝐹𝑑 = 0,85 𝐹𝑝 = 0 𝐹𝑚 = 1
• 𝑀𝐵𝐹 = 𝐹𝑑 + 𝐹𝑝 𝐹𝑚 = 0,85 + 0 1 = 0,85
• Güncelleşmiş kurulmuş cihaz maliyeti =
5,03x312,2x( 0,85+1,83-1) = 2.638 $

21. • D= 0,139 ft ; L= 54,63 ft
•
• Tepsi yığınlı basınçlı kapların değerleri:
• 𝐶0 = 180 $ ; 𝐿0 = 10,0 ; 𝐷0 = 2,0 ; 𝛼 = 0,97 ; 𝛽 = 1,45
• 𝐶 = 180
54,63
10
0,97 0,139
2
1,45
= 19,56$
• Cihaz maliyeti 200.000 $’ın altında olduğundan MF2 değeri kullanılır (Bolat,
E., 2012). 𝑀𝐹2 = 1
• Tepsi malzemesi paslanmaz çelik, tepsi aralığı 24’’ ve tepsi tipi elek olan
ekstraksiyon kolonu için:
• 𝐹𝑑 = 0 𝐹𝑠 = 1,0 𝐹 𝑚 = 1,7
• 𝑀𝐵𝐹 = 𝐹𝑑 + 𝐹𝑠 + 𝐹 𝑚 = 0 + 1 + 1,7 = 2,7
• Güncelleşmiş kurulmuş cihaz maliyeti = 4,99x19,56x( 2,7+1-1)= 266 $

22. Toplam Cihaz Çıplak Modül Maliyeti
Cihaz Kurulum Maliyeti ($)
P-101 Pompası 8.075
P-102 Pompası 10.132
C-101 Kompresörü 36.291
C-102 Türbini 6.954
C-103 Türbini 14.853
R-101 Reaktörü 150.436
V-101 Ayırma Kolonu 5.382
E-101 Isı Değiştirici 2.638
E-102 Isı Değiştirici 2.610
E-103 Isı Değiştirici 2.577
T-101 Distilasyon Kolonu 266
Toplam 240.214

23. Kaynaklar Sabit Sermaye Yüzdesi Maliyetler ($)
Kurulmuş cihaz fiyatı % 35 240.214
Proses borulama % 15 84.075
Alet-teçhizat % 12 36.032
Yapı ve konum geliştirme % 12 28.825
Servisler % 30 72.064
Dış hatlar % 10 24.021
Fiziksel Tesis Toplamı 485.231
Fiziksel Tesis Toplam Yüzdesi
Mühendislik ve yapım % 35 169.830
Öngörülmeyen olaylar % 20 97.046
Boyut faktörü % 5 24.261
Toplam Sabit Sermaye 776.368

25. • Sabit sermaye maliyeti toplam sermayenin
%80’ini oluşturmaktadır.
• Toplam sermaye maliyeti;
• 𝟕𝟕𝟔. 𝟑𝟔𝟖 ×
𝟏𝟎𝟎
𝟖𝟎
= 𝟗𝟕𝟎. 𝟒𝟔𝟎 $ olarak
bulunur.

27. • Nitrobenzen; 3221,59 ton/yıl*
• Hidrojen; 158,23 ton/yıl
• Nitrobenzenin maliyeti;
• Nitrobenzenin birim maliyeti $850/ton
• Nitrobenzen maliyeti= 3221,59*850 = 2.738.351 $/yıl
• Hidrojen maliyeti;
• Hidrojen birim maliyeti $2,91/kg
• Yıllık hidrojen maliyeti = 158.230*2,91 = 460.450 $/yıl
• *ChemCAD

28. Ekipman Kullanılan Enerji Türü Enerji Yükü Birim Maliyet
Pompa ve kompresör Elektrik Enerjisi 0,06 $/ kWh
Reaktör ve Ayırma kolonu Doğalgaz 2,5 $/GJ
E-101 ısı değiştiricisi (ısıtma) Kızgın Buhar 0,334 GJ/h 4,9 $/GJ
E-102 ısı değiştiricisi
(soğutma)
Soğutucu Akışkan 0,568 GJ/h 32 $/GJ
E-103 ısı değiştiricisi
(soğutma)
Soğutucu Akışkan 0,127 GJ/h 60 $/GJ
Distilasyon kolonu
Yoğuşturucu Soğutucu Akışkan 0,623 GJ/h 32$/GJ
Isıtıcı Kızgın Buhar 0,728 GJ/h 3,17$/GJ
• Gerekli veriler ChemCAD’den alınmıştır. Formülasyonlar ders notlarından
alınmıştır (Bolat vd., 2012).
• Servis Maliyeti Hesabı= Gerekli Birim*24*365*Akım Faktörü*Birim Maliyet
• P-101 pompası; 0,00578*24*365*0,9335*0,06 $ = 2,84 $/yıl

29. Cihazlar Maliyetler ( $/yıl )
Pompa ve kompresörler 2.550
Ayırma kolonu ve reaktör 32.505
Isı değiştiriciler 244.328
Distilasyon kolonu 181.897
TOPLAM 470.270

30. Cihaz Tipi Cihaz Sayısı Operatör/(Vardiya)(Cihaz) Operatör/Vardiya
Pompalar 2 0,00 0,00
Kompresörler 3 0,15 0,45
Reaktörler 1 0,50 0,50
Kuleler 1 0,35 0,35
Ayırma Kolonları 1 0,00 0,00
Isı Değiştiriciler 3 0,10 0,30
Trafolar 1 0,00 0,00
Toplam 1,6
• Vardiya başına gerekli operatör sayısı = 1,6
• İşgücü = 1,6* 4,5 = 7,2 Yaklaşık 7 operatör;
• Birim operatör maliyeti; 1.258 TL/ay= 609 $ /ay
• İşgücü maliyeti = 7*609*12 = 51.156 $/yıl (COL)

31. Atık suyun akış debisi 11.99 m3/h ‘tir
(ChemCAD).
İkincil filtrasyon gideri 41 $/ 1000 m3’tür
(Bolat vd., 2012).
Atık su giderleri= 4.020 $/yıl (CWT)

32. • COM = (CRM+CUT +CWT)* 1,23+0,304 FCI+2,73 COL
• COM = (3.198.801+441.280 +4.020)*
1,23+0,304* 776.368+2,73* 51.156
• COM = 4.857.915 $/yıl

34. 𝑑 𝑘
𝐷𝐷𝐵
= 2 𝑛 𝐹𝐶𝐼𝐿 −
𝑗=0
𝑗=𝑘−1
𝑑𝑗 (Bolat, E., 2012)
Arazi hariç sabit sermaye (FCIL ) 776.368-28.825= 747.543 $
Hurda değeri (Sn) 0
Ekipman ömrü (n) 10 yıl
Amortismana tabi yıl (k) 7 yıl
Hesaplamalarda Gerekli Veriler

35. Yıl (k) dk
DDB
0 0
1 747.543*2/7 = 213.583
2 (747.543-213.583)*2/7= 152.560
3 (533.960-152.560)*2/7= 108.971
4 (382.400-108.971)*2/7= 78.122
5 (273.429-78.122)*2/7= 55.802
6 (195.307-55.802)*2/7= 48.991
7 139.505-48.991= 90.514
8 0
9 0
10 0
Toplam 747.543

36. Hesaplamalarda Gerekli Veriler
Toplam Sabit sermaye yatırımı (FCIL) 747.543 $
Toplam arazi maliyeti (L) 28.825 $
Hurda değeri (Sn) 0
İşletme Sermayesi (W) 194.092 $
Yıllık satış geliri (R) 2000,53*2500 $ = 5.001.325 $/yıl
COMd 4.761.646 $
Vergilendirme oranı (t) 0.30
Proje ömrü 10 yıl
Toplam yatırım 970.460 $
Son yıl yatırım değeri 222.917 $

37. Yıl
sonu
(k)
Yatırım dk
FCIL-
Ʃdk
R COMd
(R-COMd-dk)*
(1-t)+dk
Nakit
Akışı
Toplam Nakit
Akışı
0 (9,7) - 7,47 - - - (9,7) (9,7)
1 - 2,13 5,98 50 48 2,04 2,04 (7,66)
2 - 1,52 4,78 50 48 1,85 1,85 (5,81)
3 - 1,09 3,82 50 48 1,73 1,73 (4,08)
4 - 0,78 3,05 50 48 1,63 1,63 (2,45)
5 - 0,55 2,44 50 48 1,56 1,56 (0,89)
6 - 0,49 1,96 50 48 1,55 1,55 0,66
7 - 0,90 - 50 48 1,67 1,67 2,33
8 - - - 50 48 1,4 1,4 3,73
9 - - - 50 48 1,4 1,4 5,13
10 2,22 - - 50 48 1,4 3,62 8,75

38. İndirgenmemiş nakit akışın geri ödeme süresi 5,57 yıl
Toplam nakit durumu (CCP) 8,75.105 $
Toplam nakit oranı (CCR) 18,44/9,7 = 1,9
Yatırım geri dönüş hızı (ROROI) % 11,7

39. Yıl sonu (k)
İndirgenmemiş
Nakit Akışı
İndirgenmiş
Nakit Akışı
Toplam İndirgenmiş
Nakit Akışı
0 (9,7) (9,7) (9,7)
1 2,04 2,04/1,1=1,85 (7,85)
2 1,85 1,85/1,12=1,53 (6,32)
3 1,73 1,73/1,13=1,3 (5,02)
4 1,63 1,63/1,14=1,11 (3,91)
5 1,56 1,56/1,15=0,97 (2,94)
6 1,55 1,55/1,16=0,87 (2,07)
7 1,67 1,67/1,17=0,86 (1,21)
8 1,4 1,4/1,18=0,65 (0,56)
9 1,4 1,4/1,19=0,59 0,03
10 3,62 3,62/1,110=1,39 1,42
Burada indirgenme oranı 10%’dur.

40. İndirgenmiş geri ödeme süresi
(DPBP)
8,94 yıl
Net bugünkü değer (NPV) 1,42.105 $
Bugünkü değer oranı (PVR)
Pozitif nakit akışlar/ Negatif nakit
akışlar
11,12/9,7 = 1,15

41. SONUÇ ve TARTIŞMALAR
• Bu projede anilin, nitrobenzenin katalitik hidrojenasyonu ile üretilmektedir.
Üretim esnasında optimum verim sağlanması çalışılmıştır. Hedefler
doğrultusunda çevreci ve verimli bir üretim gerçekleştirilmiştir.
• Proseste 5,8 yılda kara geçilebilmektedir. Bu da prosesin uygulanabilir
olduğunu göstermektedir. Bu karın elde edilebilmesi için nitrobenzen ve
hidrojen maliyetinin mümkün olduğunca minimum tutulması gerekmektedir.
Ayrıca işçi masrafları da maliyeti çok artırmaktadır. Otomasyon sistemlerinin
yaygın kullanımı hem üretimin daha hatasız gerçekleşmesini sağlayacak hem
de işçi giderlerinin oldukça azalmasını sağlayacaktır. Üretim Çin’de
gerçekleştirilerek işçi masrafı en aza indirilebilir. Bu önerilerin bir veya birkaçı
uygulanarak daha karlı bir üretim yapılabilir.
• Proseste atık su ve atık hidrojen tekrar bir membran sisteminden geçirilerek
gerek servis akımı gerekse besleme akımı olarak kullanılabilir. Bunun için
uygun bir membran sistemi geliştirilebilir.
• Atık su arıtma tesisinde biyolojik arıtma sisteminden faydalanılabilir.
• Reaktör akışkan yataklı tercih edilip verim daha da artırılabilir.
• Sonuç olarak anilin üretimi uygulanabilir bir prosestir. Ülkemizdeki anilin
ihtiyacını karşılamak ve bu alanda dışarı bağımlılığı azaltmak için böyle bir
tesis kurulmalıdır.

42. • Bolat, E., Salt İ., Salt, Y., Duranoğlu D., Açıkalın K., Dilmaç Ö.F.,
(2012-2013), Yıldız Teknik Üniversitesi Proses Tasarımı Ders
Notları, İstanbul.
• http://www.chemeng.queensu.ca/courses/CHEE332/files/CEP
CI_2014.pdf
• http://turkish.alibaba.com/product-gs/nitrobenzene-
1677382249.html
• http://www.ika.rwth-aachen.de/r2h