Amonyum klorür çözeltilerinde chevreul tuzunun çözündürülmesinin kinetiği ve optimizasyonu
The dissolution kinetics and optimization of chevreul's salt in ammonium chloride solution
Yazar: MUSTAFA SERTÇELİK
Danışman: PROF. DR. HACALİ NECEFOĞLU ; DOÇ. DR. TURAN ÇALBAN
Kafkas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Kimya = Chemistry ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Bu çalışmada amonyum klorür çözeltilerinde Chevreul tuzunun çözünürlüğü ile çözünme kinetiğini incelenmiş ve çözünmenin optimum şartları belirlenmiştir.
Çalışmalarda kullandığımız  Chevreul tuzu, T. Çalban ve arkadaşları tarafından belirlenmiş olan optimum şartlar (amonyum sülfit konsantrasyonu; 0,4 M, bakır sülfat konsantrasyonu; 0,25 M, sıcaklık; 60 oC, karıştırma hızı; 600 devir/dakika, pH; 4 ve reaksiyon süresi; 15 dakika) kullanılarak elde edilmiştir. 
Bu çalışmanın ilk aşamasında amonyum klorür çözeltilerinde Chevreul tuzunun çözünürlüğü ve çözünmesinin kinetiği incelenmiştir. Çözünürlüğe etki eden ve seçilen parametreler; reaksiyon sıcaklığı, amonyum klorür konsantrasyonu, karıştırma hızı ve katı/sıvı oranıdır. Deneysel sonuçların, lineer regresyon ile istatistik paket programı statistica kullanılarak başarılı bir şekilde korelasyonu sağlanmıştır. Chevreul tuzunun çözünürlüğüne etki eden parametrelerin etkisi incelenmiş daha sonra çözünme hızına ait integre hız ifadesi katı-sıvı heterojen reaksiyonlara ait kinetik modelleri kullanılarak bulunmuştur. Deneyler sonucunda Chevreul tuzunun çözünme hızının çalışılan şartlarda sıcaklığın, amonyum klorür konsantrasyonunun ve karıştırma hızının artması ile arttığı ve katı/sıvı oranının artması ile azaldığı tespit edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçların kinetik modellerle uygulanması sonucu Chevreul tuzunun çözünme hızının kül filminden (veya ürün tabakasından) difüzyon ile kontrol edildiği belirlenmiştir. Çözünme reaksiyonuna ait aktivasyon enerjisi 74,83 kj/mol olarak bulunmuştur. 
Chevreul tuzunun çözünürlüğüne etki eden parametrelerin etkileride dikkate alınarak bulunan integre hız ifadesi aşağıdaki gibidir;
1-3(1-X^2/3+2(1-X)= [2,96.10^13.(CA^3,08.(K/S)^-0,38.(K.H.)^1,23 e^-9001,2/T].t 
Çalışmanın ikinci aşamasında Chevreul tuzunun çözünürlüğüne etki eden parametrelerin optimum değerlerini belirlemek üzere deneyler yapılmıştır. Optimizasyon deneyleri için 2^n faktöriyel deney tasarım metodu kullanılmıştır. Varyans analizi yapılarak %99 güven düzeyinde aşağıdaki etkin model elde edilmiştir.
Ye.model = 91,47 + 4,04X1-4,88X2 + 3,88 X3 + 3,51 X4 -2,31 X12 - 6,61 X22 -0,85X32 + 2,13X1X2 -1,60 X1X3 +1,22 X1X4

Abstract:
In this study, Chevreul salt solubility and its dissolution kinetics in ammonium chloride solutions were investigated and also the optimal conditions of solution were determined. 
Chevreul salt that we used in the studies was obtained by using the optimum conditions (ammonium sulphide concentration; 0,4 M, copper sulphate concentration; 0,25 M, temperature; 60°C, stirring speed; 600 rev/min, pH; 4 and reaction time; 15 mins) determined by T. Çalban et al.
In the first stage of this study, Chevreul salt solubility in ammonium chloride solutions and the kinetics of dissolution were investigated. The selected parameters that affect solubility were reaction temperature, concentration of ammonium chloride, stirring speed, and solid/liquid ratio. Correlation of experimental results had been achieved using linear regression implemented in the statistical package program statistica. The effect of parameters on Chevreul salt solubility was examined and integrated rate expression of dissolution rate was found using kinetic models in solid-liquid heterogeneous reactions. The results revealed that the dissolution rate of Chevreul salt was decreasing while temperature, concentration of amonyum chloride and stirring speed were increasing. On the other hand dissolution rate was found to be decreasing with the increase of solid/liquid ratio. 
Based on result of the applications of the obtained experimental results to the kinetic models, we can deduce that Chevreul salt dissolution rate is controlled by diffusion through the ash (or product layer). Activation energy of the reaction of dissolution was found as 74.83 kJ / mol. 
The integrated rate expression along with the effects of parameters on Chevreul's salt solubility was found to be as follows:
1-3(1-X)^2/3+2(1-X)= [2,96.10^13.(CA)^3,08 .(S/L)^-038.(W)^1,23 e^-9001,2/T].t
In the second phase of the study, experiments were carried out to determine optimum values of parameters affecting Chevreul salt solubility. 2n factorial experimental design method was used for optimization experiments. Following active model was obtained through analysis  of variance (at the confidence  level of % 99). 
Ya.model= 91,47 + 4,04X1-4,88X2 + 3,88 X3 + 3,51 X4 -2,31 X12 - 6,61 X22 -0,85X32 + 2,13X1X2 -1,60 X1X3 +1,22 X1X4