Bipolar membranlı elektrodiyaliz entegreli çevreye dost prosesler ile sodyum karbonat üretiminin incelenmesi
Investigation of sodium carbonate production with environmentally friendly processes integrated with bipolar membrane electrodialysis
- Tez No: 912716
- Danışmanlar: PROF. DR. OSMAN NURİ ATA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Bipolar membranlı elektrodiyaliz, Solvay prosesi, soda külü, sodyum karbonat, sodyum bikarbonat çevre dostu proses, Bipolar membrane electrodialysis (BMED), Solvay process, soda ash, sodium carbonate, sodium bicarbonate, environmentally friendly process
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 166
Özet
Amaç: Bu çalışmada, sodyum karbonat (Na2CO3) üretim yöntemi olan Solvay prosesine alternatif bir prosesin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Solvay prosesinde görülen atık problemlerinin, hammadde israfının ve fazla enerji tüketimlerinin bu çalışma ile giderilmesi hedeflenmiştir Yöntem: Bu çalışmada üç aşamalı bir yöntem sunulmaktadır. Birinci aşamada, Bipolar Membranlı Elektrodiyaliz (BMED) sistemi kullanılarak Na2CO3 ve hidroklorik asit (HCl) üretilmesi ve BMED sistemine etki eden parametreler incelenmiştir. Bu aşamada, potansiyel fark, akım ve membran türü parametre olarak tayin edilmiş ve bu parametreler doğrultusunda performans kriterleri tartışılmıştır. İkinci aşamada, kalsiyum karbonat (CaCO3)'ın HCl ile liç edilmesi araştırılmıştır. Çalışmada, karıştırma hızı, başlangıç konsantrasyon değişimleri ve sıcaklık parametre olarak belirlenmiş, bu parametrelere göre karbondioksit (CO2) oluşumları incelenmiştir. Üçüncü aşamada ise Na2CO3'ün CO2 ile reaktif absorpsiyonu incelenmiştir. Çalışmada basınç, karıştırma hızı, deney süresi, başlangıç Na2CO3 konsantrasyonu parametre olarak belirlenmiş ve belirlenen parametrelere göre Taguchi yöntemi kullanılarak deney planı oluşturulmuştur. Deney planına göre optimum koşullar belirlenmiştir. Her bir aşamada elde edilen deney sonuçları incelenerek, tartışılmıştır. Bulgular: Birinci aşama olan BMED prosesine NaHCO3 ve NaCl beslenerek Na2CO3 ve HCl üretimi gerçekleştirilmiştir. Proses parametrelerinden akım değişiminin proses süresi ve enerji tüketimleri üzerinde en etkili parametre olduğu ortaya koyulmuştur. Ele alınan tüm parametrelerde tuzun HCl'ye dönüşümlerinin yaklaşık %90, sodyum bikarbonat (NaHCO3)'ın Na2CO3'e dönüşümlerinin yaklaşık %95 ve desalinasyon oranlarının ise yaklaşık %99 olduğu tespit edilmiştir. İkinci aşama olan liç işleminde, CO2 oluşumu üzerinde en etkili parametrenin karıştırma hızı olduğuna karar verilmiştir ve birinci aşamada üretilen 1,16 M HCl çözeltisinin bu aşamada kullanılabileceği ortaya koyulmuştur. Üçüncü aşamada ise belirlenen parametreler doğrultusunda NaHCO3 dönüşümleri temel alınarak en etkili parametrenin karıştırma hızı olduğu tespit edilmiş ve Na2CO3'ün NaHCO3'e dönüşümü %98,2 olarak bulunmuştur. Ayrıca, ikinci aşamada üretilen CO2'nin bu aşamada kullanılabileceği tespit edilmiştir. Son olarak, 3. aşamada elde edilen 1,14 mol NaHCO3 çözeltisi ve 1,08 mol NaHCO3 kristali elde edilmiştir. Elde edilen NaHCO3 çözeltisi birinci aşamada (BMED), kullanılabileceği ortaya koyulmuştur. NaHCO3 kristali ise Na2CO3 üretimi için dördüncü aşama olan kalsinasyon işlemi için kurutulup depolanmıştır. Sonuç: Bu çalışma sonucunda çevre dostu, atık üretiminin minimize edildiği bir proses ile sodyum karbonat üretiminin yapılabileceği ortaya koyulmuştur.
Özet (Çeviri)
Purpose: In this study, the aim is to develop an alternative process to the Solvay process for sodium carbonate production. The research targets the elimination of waste issues, raw material wastage, and excessive energy consumption associated with the Solvay process. Method: In this study, three-step method was studied. In the first step, the BMED system is utilized to produce sodium carbonate (Na2CO3) and hydrochloric acid (HCl), while examining the parameters that affect the BMED system. In this phase, potential difference, current, and membrane type are identified as parameters, and performance criteria are discussed accordingly. In the second step, the leaching of calcium carbonate (CaCO3) with HCl is investigated. The study identifies parameters such as mixing speed, variations in initial concentration, and temperature, and carbon dioxide (CO2) generation is analyzed based on these parameters. In the third step, the reactive absorption of Na2CO3 with CO2 is examined. Parameters such as pressure, mixing speed, experimental duration, and initial Na2CO3 concentration are identified, and an experimental plan is developed using the Taguchi method according to the specified parameters. Optimal conditions are determined based on the experimental plan. The experimental results obtained at each stage were analyzed and discussed. Findings: In the first stage, the BMED process was operated with the feeding of NaHCO₃ and NaCl to produce Na₂CO₃ and HCl. Among the process parameters, current variation was identified as the most influential parameter on process duration and energy consumption. For all evaluated parameters, it was determined that the conversion of salt to HCl was approximately 90%, the conversion of sodium bicarbonate (NaHCO₃) to Na₂CO₃ was approximately 95%, and the desalination rate was about 99%. In the second stage, the leaching process, stirring speed was determined to be the most effective parameter on CO₂ formation, and it was revealed that the 1,16 M HCl solution produced in the first stage could be used in this step. In the third stage, based on the parameters examined, stirring speed was again found to be the most influential parameter for NaHCO₃ conversions. The conversion rate of Na₂CO₃ to NaHCO₃ was calculated as 98,2%. Furthermore, it was determined that the CO₂ produced in the second stage could be utilized in this stage. Finally, the third stage yielded 1,14 moles of NaHCO₃ solution and 1,08 moles of NaHCO₃ crystals. It was concluded that the NaHCO₃ solution obtained could be used in the first stage (BMED). The NaHCO₃ crystals, on the other hand, were dried and stored for the fourth stage, the calcination process, to produce Na₂CO₃. Results: As a result of this study, it has been demonstrated that sodium carbonate production can be achieved through an environmentally friendly process with minimized waste generation.
Benzer Tezler
- Atıksuların bipolar membran elektrodiyaliz prosesi ile arıtılması ve geri kullanım alternatiflerinin değerlendirilmesi
Wastewater treatment by bipolar membrane electrodialysis process and evaluation of reuse alternatives
BURAK YÜZER
Doktora
Türkçe
2018
Çevre Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN SELÇUK
- Bipolar membranlı elektrodiyaliz ile sodyum klorür çözeltilerinden hcı ve naoh üretiminin incelenmesi
Investigation of hcl and naoh production from sodium chloride solutions by bipolar membrane electrodialysis
HABIBOLLAH MOHAMMADALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN NURİ ATA
- Bipolar membranlı elektrodiyaliz ile potasyum klorür çözeltilerinden KOH ve HCl üretiminin incelenmesi
Investigation of HCl and KOH production from potassium chloride solutions by bipolar membrane electrodialysis
SAID RAJAB ABDULLAHI
Doktora
Türkçe
2020
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN NURİ ATA
- Bipolar membranlı elektrodiyaliz prosesi ile amonyum klorür ve sodyum klorür çözeltilerinden amonyak, sodyum hidroksit ve hidrojen klorür üretiminin incelenmesi
Investigation of ammonia, sodium hydroxide and hydrogen chloride production from ammonium chloride and sodium chloride solutions by electrodialysis process with bipolar membrane
MUHAMMED RAŞİT ÖNER
Doktora
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OSMAN NURİ ATA
- Sızıntı sularının elektrodiyaliz prosesiyle arıtılabilirliğinin ve geri kazanım amaçlı kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of treatability and recycling of landfill leachate by electrodialysis process
FATİH İLHAN
Doktora
Türkçe
2012
Çevre MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. M. TALHA GÖNÜLLÜ