Büyüme ve çözünmede saçılım gösteren maddelerin büyüme ve çözünme hızlarının durgun ortam tek kristal sisteminde farklı bir yaklaşımla incelenmesi
Investigating the growth and dissolution rates of growth and dissolution dispersing subtances in a different approach for stationary medium single crystal system
Yazar: MUSTAFA KAYA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AYHAN ABDULLAH CEYHAN ; PROF. DR. ÖMER ŞAHİN
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bir yüzey olayı olan kristalizasyon işlemi yüzeye etki eden tüm mekanizmalarının bilinmesi ile kontrol altına alınabilir. Ülkemiz için oldukça önemli olan bor bileşikleri de kristalizasyon ile üretilmektedir. Bu üretim sırasında en önemli parametrelerden bir tanesi de partikül boyut dağılımına etki eden ve aynı zamanda kristalizatör tasarım aşamasında önem arz eden büyüme hızlarında saçılım olayıdır. Bu çalışmada önemli bir bor bileşikleri olan; cam, emaye, sodyum borhidrür vb. gibi maddelerin üretiminde de kullanılan borik asit ile boraks pentahidrat ve potasyum klorürün kristalizasyonu sırasında partikül boyut dağılımı farklı bir yaklaşımla incelenmiştir. Bu maddelerin kristalizayon prosesi ile üretimi sırasında partikül boyut dağılımına etki eden en önemli parametrelerden biri büyüme hızlarında saçılım olup, büyüme mekanizması durgun ortam tek kristal sistemi kullanılarak irdelenmiştir. İlk etapta durgun ortam tek kristal sisteminde borik asit kristallerinin büyüme hızlarındaki saçılımı incelenmiş ve kristal büyürken bütün yüzeydeki büyüme davranış mekanizmasını çıkarmak için ise kristal, 0° ile 360° arasında bir DC adım motor, image analyser sistemi ile koordineli çalıştırılarak 45°döndürülmüştür. Çözelti ortamına konularak büyütülen tek borik asit kristallerinin başlangıç ve 30. dakika sonraki eşdeğer çapları hesaplanarak, eşdeğer çaplarının dönme açısına göre değişimi ile  farklı aşırı doygunluklardaki davranışı belirlenmiştir. Benzer şekilde borik asit kristallerinin lineer büyüme hızları farklı dönme açılarında hesaplanmıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlara göre borik asit kristallerinin hem yüksek (40°C) hem de düşük sıcaklıklarda (20ºC)-(30°C) yapılan deneylerde büyüme hızlarında saçılım gösterdiği görülmüştür. Bunun yanı sıra borik asit kristalleri ile boraks pentahidrat (70°C'de doygun çözelti ortamında) ve potasyum klorür (30°C'de doygun çözelti ortamında) kristalleri de durgun ortam tek kristal büyütme hücresinde büyütülerek herbir kristalin bu kez kendi içerisinde büyümesini incelemek amacıyla 10'ar derecelik açılara bölünerek büyüme hız grafikleri çizilmiştir. Böylece daha detaylı incelenen bu kristallerin büyümesi ile ilgili mekanizmanın daha ayrıntılı açıklanabilmesi için önemli bir adım atılmıştır. Daha sonra bu veriler ışığında istatiksel olarak analizler yapılarak büyüme veya çözünme hızlarının ilk alan ve konsantrasyona bağlılık dereceleri yüzdesel olarak ifade edilmiştir. Sonuç olarak bu saçılımın mekanizmasının davranışının fonksiyonel olarak temsil edebileceği ve herbir kristaldeki saçılımın başlangıçtaki kristal yapısı ile bağlantılı olduğu ve saçılımın mikro seviyede olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
The crystallization process, which is a surface phenomenon, can be controlled by knowing all the mechanisms affecting the surface. Boron compounds which are very important for our country are also produced by crystallization. One of the most important parameters during this production is the dispersion effect at the growth rates which affect the particle size distribution and at the same time the crystallizer is important in the design phase. Borax pentahydrate and potassium chloride are also used in the production of materials with important boron compounds such as glass, enamel, sodium borohydride. In this study, particle size distribution during the crystallization of these specimens was investigated with a different approach. One of the most important parameters affecting the particle size distribution during crystallization of these materials is dispersion at growth rates and the growth mechanism is investigated using the stationary medium single crystal system. In the first stage, the scattering of the boric acid crystals in the growth rate in a single crystal system under stationary medium was investigated. In order to remove the growth mechanism of the whole surface while the crystal grows, the crystal is rotated by 45° with a DC stepper motor between 0° and 360°, coordinated with the image analyzer system. The initial diameters of the single boric acid crystals enlarged by putting in the solution medium were calculated after the beginning and the 30th minute. The behavior of equivalent diameters with respect to the rotation angle and the behavior with different saturation were determined. Similarly, the linear growth rates of boric acid crystals were calculated at different rotation angles. According to the results obtained in this study, boric acid crystals showed scattering at growth rates in both high (40°C) and low temperature (20°C) - (30°C) experiments. In addition, boric acid crystals, borax pentahydrate (in saturated solution at 70°C), and potassium chloride (in saturated solution at 30°C) crystals were grown in a still medium single crystal growing cell. Graphs of growth velocities were drawn by dividing each crystal into 10-degree angles to examine its growth within itself. Thus, an important step was taken in order to be able to explain the mechanism of growth of these crystals in more detail. Then, statistical analysis was performed on the data of the luminescence, and the rates of growth or dissolution rates in the first field and concentration were expressed as percentages. As a result, it was shown that the behavior of this scattering mechanism can be represented as a function. It was determined that the distribution of each crystal is related to the initial crystal structure and that the distribution is also at the micro level.