Gübre sanayinde potasyum nitrat üretimi için jel ve makroporöz tipi iyon değiştirici reçinelerin kullanılımının araştırılması
Investigation of the use of gel and macroporous ion exchange resins for potassium nitrate production in fertilizer industry
Yazar: ABDİ VURAN
Danışman: DOÇ. DR. HASAN ARSLANOĞLU
Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Adsorpsiyon = Adsorption ; Potasyumlu gübreler = Potassium fertilizers

Özet:
İyon Değiştirici sistemi ile Potasyum Nitrat üretmek hem ekonomik hem de yüksek kalite de ürün üretimi için oldukça kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde farklı tip ve markadaki kullanılan iyon değiştirici reçinelerinin Potasyum Nitrat sentezi üzerine etkileri incelenmiştir. Endüstriyel olarak %56 konsantrasyondaki Seyreltik Nitrik Asit (SNA) ile KCl, pilot ölçekli iyon değiştirici sisteminde denemeler yapılmış, çözelti halindeki KCl'nin sisteme beslenerek K+ iyonlarının reçine tarafından tutulması daha sonra da K+ iyonu içeren reçinelerin üzerine HNO3 çözeltisi verilerek sistem rejenere edilirken KNO3 çözeltisi oluşturulması planlanmıştır.

Bu çalışmada İyon Değiştirici sisteminde Potasyum Nitrat sentezi yapılırken yan ürün olarak Hidroklorik Asit açığa çıkmaktadır. Potasyum Nitrat ürünü içerisindeki HNO3 ve Cl- iyonlarının miktarı bu çalışma için önemlidir.  Sistem gereği Hidroklorik Asit içerisindeki KCl oranı ile  yine HCl içerisindeki NO3- miktarı da kontrol edilmesi gereken etmenlerdendir.  HCl ve KNO3 ana ürünü kabul edildiğinde bu iki çözelti içerisindeki safsızlıklar endüstriyel sistemde ürünün kalitesini etkilemektedir.
Söz konusu çalışmada endüstride Nitrik Asit rejenerasyonu yapabilmesi muhtemel 4 adet jel 3 adet makroporöz tipi reçine ile deneme serileri yapılmıştır. Bu yapılan deneme serilerinde jel tipi reçinelerin yükleme ve rejenerasyon noktaları makropor tipi reçinelere nazaran birbirine yakın noktalarda olduğu saptanmıştır. Jel tipi reçineler ile yapılan çalışmalarda Yükleme aşamaları özellikle endüstriyel şartlar göz önüne alındığında ilk denemede 2,6 BV'e kadar HCl konsantrasyonu yüksek olmuştur. Buna karşın Rejenerasyon aşamasında KNO3 konsantrasyonunun 2,2 BV'den sonra düştüğü görülmüştür. Makropor tipi reçinelerde 0,8 BV yükleme fazına karşılık 1,6 BV rejenerasyon fazı tespit edildiğinden Makropor tipi reçine ile yapılacak Endüstriyel uygulamanın kesikli bir proses olması daha makul olacaktır.

Abstract:
Producing Potassium Nitrate with the Ion Exchange system is a widely used method for the production of both economical and high quality products. In this method, the effects of ion exchange resins of different types and brands on Potassium Nitrate synthesis were investigated. Industrially, trials were carried out with Dilute Nitric Acid (SNA) at a concentration of 56% in the KCl, pilot-scale ion exchange system, and it was planned to feed the solution of KCl into the system and hold the K+ ions by the resin, and then to create a KNO3 solution while the system was regenerated by giving HNO3 solution on the resins containing K+ ions.

In this study, while Potassium Nitrate is synthesized in the Ion Exchange system, Hydrochloric Acid is released as a by-product. The amount of HNO3 and Cl- ions in the Potassium Nitrate product is important for this study.  Due to the system, the ratio of KCl in Hydrochloric Acid and the amount of NO3- in HCl are also factors that need to be controlled.  When HCl and KNO3 are accepted as the main products, the impurities in these two solutions affect the quality of the product in the industrial system.

In this study, trial series were conducted with 4 gels and 3 macroporous type resins that are likely to regenerate Nitric Acid in the industry. In these trial series, it was determined that the loading and regeneration points of gel-type resins were close to each other compared to macropor-type resins. In studies with gel-type resins, the concentration of HCl up to 2.6 BV was high in the first trial, especially considering the loading stages, especially industrial conditions. On the other hand, it was observed that the concentration of KNO3 decreased  after 2.2 BV during the regeneration phase. Since 1.6 BV regeneration phase is detected against 0.8 BV loading phase in Makropor type resins, it would be more reasonable for the industrial application to be made with Makropor type resin to be a discrete process.