Mukonik asidin reaktif ekstraksiyonu
Reactive extraction of muconic acid
Yazar: ÖZGE DEMİR
Danışman: PROF. DR. ŞAH İSMAİL KIRBAŞLAR ; DOÇ. DR. ASLI GÖK
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Karboksilik asitler gıda, ilaç, kozmetik ve ilişkili kimya sektörlerinde geniş kullanım alanlarına sahiptir. Tüketicilerin çevre dostu üretim yöntemlerine talebinin artması ve çevre bilincinin oluşması ile birlikte karboksilik asitlerin fermantasyonla üretimi önem kazanmakta, ancak fermantasyon ortamından ayrılması zorluk teşkil etmektedir. Karboksilik asitlerin fermantasyon ortamından elde edilmesine yönelik birçok metot geliştirilmiştir. Ayırma yöntemleri arasında reaktif ekstraksiyon yöntemi reaksiyonu ve ayırma işlemini birleştiren yenilikçi bir yöntem olması ile öne çıkmıştır. 
cis,cis- mukonik asit endüstride yaygın kullanım alanlarına sahip ticari kimyasalların üretiminde yapı taşı görevi gören bir dikarboksilik asittir. cis,cis- mukonik asidin üretim yöntemleri gelişme kaydetmiş olmasına rağmen, fermantasyon ortamından ayrılmasına yönelik tekniklerin geliştirilmesine ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada cis,cis- mukonik asidin sulu çözeltisinden organofosforlu ekstraktanlar ile ayrılması incelenmiş, mukonik asidin ayrılmasına reaktif ekstraksiyon yöntemi ile katkı sağlamak amaçlamıştır.  
Mukonik asidin alkoller, esterler, ketonlar ve bir hidrokarbondan fiziksel ekstraksiyon ile ayrılması incelenmiş, asidin çözücülerdeki ayrışma katsayısı ve dimerleşme sabiti değerleri hesaplanmıştır. 
Reaktif ekstraksiyon çalışmaları en uygun ekstraktan/çözücü sistemlerini bulmaya yönelik yürütülmüştür. Deneysel çalışmaların sonuçlarından TOPO ekstraktanı ile en yüksek verimi gösteren çözücünün n-hekzan, TBP ekstraktanı ile en yüksek verimi gösteren çözücünün etil propiyonat olduğu sonucuna ulaşılmıştır. 
Asit-ekstraktan kompleksi oluşumunun iç mekanizmasını anlamak amacıyla farklı sıcaklıklarda termodinamik çalışma yürütülmüştür. Kompleks oluşumunun istemli gerçekleştiğini işaret eden negatif entalpi değerlerine, sistemin kompleksleşme sonucu daha düzenli hale geldiğine işaret eden negatif entropi değerlerine ulaşılmıştır.  
Deneysel yöntemle hesaplanan kompleks sabiti değerleri Kütle Etkisi Model ile de hesaplanmış, modelin sonuçlarının deneysel yöntemle hesaplanan kompleks sabiti değerlerine oldukça yakın çıktığı görülmüştür.  
cis,cis- mukonik asit reaktif ekstraksiyonunun uygulanabilirliğini değerlendirmek amacı ile karşıt akışlı sıvı-sıvı ekstraksiyon kolonu tasarımı yapılmış, hedeflenen ekstraksiyon verimlerini karşılamak için gerekli teorik basamak sayıları (NTU) ve minimum çözücü/besi oranları (Smin/F) hesaplanmıştır.

Abstract:
Carboxylic acids find applications in pharmaceuticals, food, cosmetics and related industries. Within the increasing demand on environmental sustainability, carboxylic acid production by fermentation has gained considerable significance in industrial communities in recent years.  Even the upstream processes have shown a rapid progress in industries, the downstream processes need to be improved. Carboxylic acid separation is an ascending topic of interest. Several methods have been applied for the recovery of carboxylic acids from fermentation media or aqueous solutions. Reactive extraction as an innovative method that combines reaction and separation in a single unit operation,  have come to the forefront recently. 
cis,cis- muconic acid is a two-carbon double-bonded dicarboxylic acid. Due to the high thermal reactivity based upon conjugated double bonds, it goes under several esterification and purification reactions. Besides, cis,cis- muconic acid is a platform chemical for the further conversion to the important commodity chemicals.  
There is a lack of study on cis,cis- muconic acid reactive extraction by organophosphorus extractants. The purpose of this study was to investigate the reactive extraction method to separate cis,cis- muconic acid from its aqueous solution. 
In this study, the physical extraction of cis,cis- muconic acid was examined with alcohols, esters, ketones and a hydrocarbon. The dimerization constant and partition coefficient of acid in solvents were calculated. 
The reactive extraction of cis,cis- muconic acid was executed by organophosphorus extractants. The computations revealed that TOPO/n-hexane and TBP-ethyl propionate remain the most efficient combinations among all extractant/diluent systems.  
For a better understanding of insight mechanism of the complexation, a thermodynamic study was executed in various temperatures. The negative enthalpy values demonstrate the spontaneous nature of reactive extraction, and the negative entropy values point out more ordered systems. 
Equilibrium complexation constants were  experimentally determined as well as with Mass Action Law Model. The results of the model were determined very close to the experimental computations. 
In order to elucidate the feasibility of cis,cis- muconic acid reactive extraction method, a liquid-liquid reactive extraction column design was made. The number of theoretical stages (NTU) and minimum solvent to feed ratio (Smin/F) were determined to meet the desired extraction efficiencies.