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
Yazar: SAID RAJAB ABDULLAHI
Danışman: PROF. DR. OSMAN NURİ ATA
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Amaç: Bu çalışmada, bipolar membranlı elektrodiyaliz (BMED) ile potasyum klorür çözeltilerinden hidroklorik asit ve potasyum hidroksit oluşumunun incelenmesi amaçlanmıştır. Elektrodiyaliz prosesinde üç kompartmanlı beş tekrarlı hücrelerden oluşan ve toplamda 17 kompartmanlı bir membran demeti kullanıldı. 
Yöntem: Bu çalışma istatiksel deney tasarım metodlarından kesirli faktöriyel deney tasarımı ve Taguchı temelli çok kriterli karar verme teknikleri kullanarak yapılmıştır. Potasyum klorürden potasyum hidroksit ve hidroklorik asit oluşumu için on tane performans kriterleri belirlendi. Bu kriterler üzerine etkili olan parametlere kesirli faktöriyel tasarımı ile karar verildi. BMED prosesi ile potasyum klorür çözeltilerinden potasyum hidroksit ve hidroklorik asit üretimi koşulları on farklı kritere göre incelendi. Tüm kriterler için optimum çalışma koşulları Taguchi temelli çok kriterli karar verme teknikleri (Topsis ve Moora) ile belirlendi. 
Bulgular: Kesirli faktöriyel deney tasarımı sonuçlarına göre proses performans kriterleri için başlangıç tuz konsantrasyonu ve akım yoğunluğunun etkin olduğu belirlendi. Taguchi temelli çok kriterli karar verme yöntemiyle BMED sistemi optimize edilebilirliği belirlendi.
Sonuç: Tüm kriterleri en iyileyen çalışma koşulları; başlangıç KCl konsantrasyonu (200g/L), akım yoğunluğu (0,0625A/cm2), başlangıç asit ve baz konsantrasyonu (0,05M) ve Elektrolit türü H2SO4 (0,05M) şeklindedir. Bu şartlarda; asit: 2,21mol HCl, baz: 2,19 mol KOH, asit temelli tuz dönüşümü %81, baz temelli tuz dönüşümü %79, akım verimi (asit) %67, akım verimi (baz) %64, enerji tüketimi (asit) 3,66 kwatt.h/kg ve enerji tüketimi (baz) 2,31 kwatt.h/kg olarak elde edildi.

Anahtar Kelimeler: Elektrodiyaliz, Bipolar Membran, Potasyum klorür, Hidroklorik asit, Potasyum hidroksit.

Abstract:
Purpose: The aim of this study was investigate the hydrochloric acid and potassium hydroxide production from potassium chloride solutions by bipolar membrane electrodialysis (BMED). In the electrodialysis process, a membrane bundle consisting of five replicate cells with three compartments and a total of 17 compartments was used. 
Method: This study was carried out by fractional factorial, Taguchi method and multi-criteria decision making techniques which are statistical experiment design methods. Ten performance criteria were determined for the production of potassium hydroxide and hydrochloric acid from potassium chloride solutions. The parameters that affect these criteria was decided by fractional factorial design. potassium hydroxide and hydrochloric acid production from potassium chloride solutions by BMED process was examined according to ten different criteria for optimum conditions. The optimum work conditions for all criteria were determined by Taguchi-based multi criteria decision making techniques (Topsis and Moora).
Findings: Based on the results of fractional factorial design, it was found that initial salt concentration and current density were the most effectives for process performance criteria. It was determined that the BMED system could be optimized with Taguchi-based multi-criteria decision making method.
Results: The optimum work conditions for all criteria; initial KCl concentration (200g/L), current density (0,0625A/cm2), initial acid and base concentration (0,05M) and Electrolyte type H2SO4 (0,05M). Under these conditions; acid: 2,21mol HCl, base: 2,19 moles KOH, acid based salt conversion 81% and base based salt conversion 79%, current efficiency of acid 67%, current efficiency of base 64%, energy consumption of acid 3,66 kwatt.h/kg and energy consumption of base 2,31 kwatt.h/kg) was obtained.

Key Words: Electrodiaylysis, Bipolar Membrane, Potassium chloride, Hydorchloric acid, Potassium hydroxide.