Üçlü sıvı-sıvı denge verilerinin farklı yöntemlerle modellenmesi
Modeling of ternary liquid-liquid equilibrium data by different methods
Yazar: SEZİN BEKRİ
Danışman: DOÇ. DR. DİLEK ÖZMEN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Karboksilli asitler, kimyasal reaksiyonlar ya da fermantasyon prosesleri ile elde edilen ve endüstriyel anlamda oldukça önemli olan organik bileşiklerin başında gelmektedir. Bu nedenle karboksilli asitlerin sulu çözeltilerinden geri kazanılması için destilasyon, sıvı-sıvı ekstraksiyonu ve azeotropik destilasyon gibi pek çok yöntem incelenmiştir. Fakat düşük enerji ihtiyacı nedeniyle sıvı-sıvı ekstraksiyonu ya da diğer adıyla çözücü ekstraksiyonu, karboksilli asitlerin geri kazanımı için oldukça etkili bir yöntem olarak kabul edilmiştir. Bunun sonucunda da, faz davranışlarının anlaşılması ve yorumlanması için su, karboksilli asit ve çeşitli çözücü içeren üçlü sistemlere ait denge verilerine her zaman ihtiyaç duyulur.

Propiyonik asitin literatürde yer almayan farklı çözücüler ile sıvı-sıvı denge verileri deneysel olarak belirlenmiştir.  Deneyler 25°C ve atmosferik basınçta gerçekleştirilmiştir. Çözücü olarak siklopentan, siklopentanol, 2-oktanon ve dibütil maleat kullanılmıştır.  Sıvı-sıvı denge verilerine NRTL ve UNIQUAC gibi bilinen modellerin dışında yeni bir model önermek amacıyla bu verilere grup veri işleme tipi sinir ağı yöntemi (GMDH tipi-YSA) uygulanmıştır. Deneysel bağlantı doğrusu verilerinin tutarlılığı Othmer-Tobias ve Hand denklemleri ile test edilmiştir. Çözücülere ait dağılma katsayısı ve ayırma faktörleri belirlenmiş ve çözücülerin ekstraksiyon kabiliyetleri karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, dibütil maleatın propiyonik asitin ekstraksiyonunda diğer çözücülere göre daha etkin olduğunu göstermiştir. 

Deneysel bağlantı doğrularının tahmini NRTL, UNIQUAC ve GMDH tipi-YSA modeli ile gerçekleştirilmiştir.  Modellerden elde edilen sonuçlar, bu modellerin deneysel verileri tahmin etmede uygun olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte GMDH tipi-YSA modeli ile daha düşük hata değerleri elde edilmiş ve deneysel değerlere daha yakın tahminler yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar doğrultusunda, GMDH tipi-YSA modelinin sıvı-sıvı denge verilerinin tahmininde kullanılabileceği görülmüştür.

Abstract:
Carboxylic acids, a major group of organic compounds that are produced by chemical reactions or fermentation processes are very important chemicals in industry. For this reason, many methods such as distillation, liquid-liquid extraction and azeotropic distillation have been studied and used to recover carboxylic acids from aqueous solutions. However, due to the low energy requirement, liquid-liquid extraction has been considered as a highly effective method for the recovery of carboxylic acids. As a result, to understand and interpretate the phase behavior, equilibrium data for ternary systems containing water, carboxylic acid and various solvents, are always needed.

In this research, the liquid-liquid equilibrium data of propionic acid with different solvents which was not reported in the literature, have been experimentally determined. The experiments were carried out at 25°C and atmospheric pressure. Cyclopentane, cyclopentanol, 2-octanone and dibutyl maleate were used as solvents. Besides of the best known models such as NRTL and UNIQUAC, the new prediction model named as GMDH type-NN model is proposed. The consistency of the experimental tie-line data was tested by the Othmer-Tobias and Hand equations. The distribution coefficient and separation factors of the solvents were determined and the extraction capabilities of the solvents were compared. The results show that, dibutyl maleate is more effective for the extraction of propionic acid from aqueous solutions than the others.

Estimation of experimental tie-line data was performed with NRTL, UNIQUAC and GMDH type-NN models.  The prediction results show that all predicted values have good agreement with the experimental data. From the RMSD results, the GMDH type-NN model, having the lowest error values, is proper model to estimate liquid-liquid equilibrium data.