Bipolar membranlı elektrodiyaliz prosesi ile amonyum klorür ve sodyum klorür çözeltilerinden amonyak, sodyum hidroksit ve hidrojen klorür üretiminin incelenmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MUHAMMED RAŞİT ÖNER
Danışman: Osman Nuri ATA
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Amaç: Solvay prosesini daha çevreci, sürdürülebilir ve sıfır atık prensibine göre çalışan bir proses yapmaktır. Bunun için büyük miktarda atık oluşan distilasyonlu amonyak geri kazanım ünitesine bir alternatif olarak bipolar membranlı elektrodiyaliz prosesini kullanmaktır. Yöntem: Bu çalışma üç aşamadan oluşmaktadır. Birinci aşamanda simüle distilasyon besleme çözeltisi ile, biporlar membran elekrodiyaliz (BMED) sistemini etkileyebilecek proses parametreleri incelenmiştir. Proses parametreleri, başlangıç tuz konsantrasyonu, akım/potansiyel değişimi, başlangıç asit/baz konsantrasyonu, asit/baz/tuz tankı akış hızları, sıcaklık, başlangıç elektrolit konsantrasyonu ve yüksek tuz konsantrasyonu olarak belirlenmiştir. Proses performansı olarak tuz tankı desalinasyonu, tuz temelli asit/baz dönüşümü, asit/baz nihai konsantrasyonu, iyon akısı, hücrede tüketilen enerji ve elde edilen ürünleri saflığı belirlenmiştir. İkinci aşamada etkin olan proses parametreleri ile optimizasyon çalışması gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışması için Taguchi temelli çok kriterli karar verme (ÇKKV) yöntemi kullanılmıştır. Üçüncü aşamada ise belirlenen optimum çalışma koşulları çerçevesinde Mersin soda fabrikasından temin edilen çözeltilerle çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar mevcut distilasyon kolonu çalışma parametreleri ile kıyaslanarak BMED'nin üstünlükleri ve zayıflıkları ortaya konmuştur. Bulgular: BMED prosesi ile amonyum klorür ve sodyum klorür çözeltilerinden amonyak (NH3), sodyum hidroksit (NaOH) ve hidrojen klorür (HCl) üretimi gerçekleştirilmiştir. Proses parametrelerinden akım/potansiyel ve başlangıç tuz konsantrasyonunu en etkin parametreler olarak belirlenmiştir. Tüm sistem parametreleri göz önüne alındığında, besleme çözeltisi %90 ile %98 oranları arasında tuzsuzlaştırılmış, tuzun asit ve baz dönüşüm oranı %60 ile %80 arasında gerçekleşmiş ve enerji tüketiminin 1,54–2,33 kWh/kg aralığında olduğu tespit edilmiştir. Optimizasyon çalışması neticesinde optimum koşullar altında %93,5 saflıkta 4,04 M HCl ve 3,66 M NaOH + NH3 oluşumu gerçekleşmiştir. Besleme çözeltisinin tuzsuzlaştırılma oranı ise %99,8 değerlerine ulaşmıştır. Mersin Soda fabrikasından gelen çözelti için belirlenen optimum çalışma şartları ise 10 kompartmandan oluşan BMED hücresinde, akım şiddeti 6,4 A; başlangıç baz hacmi 1,8 L; başlangıç asit ve baz konsantrasyonu 0,05 M; elektrolit konsantrasyonu 0,05 M Na2SO4; sıcaklık 25 °C, tuz, asit ve baz akış hızı 40 L/h; elektrolit akış hızı 100 L/h olarak tespit edilmiştir. Bu şartlar altında elde edilen performans parametreleri ise 1 L RH çözeltisi işlendiğinde 3,64 mol HCI ve 3,64 mol NaOH+NH4OH ürün elde edimiş, ürün temelli tuz dönüşümünün yaklaşık %93'e ulaşmış, enerji tüketimi 1,88 kwatt.h/kg dönüşen tuz olmuş ve besleme çözeltisinden 430 mL kullanılabilir su elde edildiği tespit edilmiştir. Sonuç: Geliştirilen prosesin Solvay prosesinin en büyük atık problemini tamamen giderdiği sonucuna varılmıştır. Solvay Prosesinde distilasyon ünitesi ile kıyaslandığında, BMED prosesinin atık oluşturmaması ve amonyağın geri kazanılması ile birlikte HCI, NaOH ve kullanılabilir su üretmesi açısından sürdürülebilir ve yeşil bir proses olduğu sonucuna varılmıştır.