Potasyum tetraborat tetrahidratın akışkan yatakta kurutma kinetiği / The calcination kinetics potassium tetraborate tetrahydrate in fluidized bed

Abstract

POTASYUM TETRABORAT TETRAHİDRATIN AKIŞKAN YATAKTA KURUTMA KİNETİĞİ Eyyüp Sabri CENNETKUŞU ÖZET Bu çalışmada, potasyum tetraborat tetrahidratın optimum kalsinasyon şartları sıcaklık, partikül boyutu, kalsinasyon zamanı ve adımları ve Ca(OH)2 içeriğine bağlı olarak bir akışkan yataklı kurutucuda incelendi. Sabit sıcaklık ve çok adımlı kalsinasyonu sonucu elde edilen ürünün döküm yoğunluğu, B2O3 içeriği, elek analizi sıcaklık bozunma şartlarında incelendi. Aynı zamanda potasyum tetraborat tetrahidratın partiküllerine uygulanan işlemlerin etkisi mikroskobik fotoğraflarla da belirlendi. Bunlara ilaveten potasyum tetraborat tetrahidratın kalsinasyonu izotermal olmayan şartlar altında TG ve DTG cihazları kullanılarak farklı ısıtma hızlarında incelendi. 170 ºC' den daha yüksek sıcaklıklarda yürütülen tek adımlı kalsinasyonlar da düşük döküm yoğunluklu ürün elde edilmektedir. 250 ºC' den daha yüksek sıcaklıklarda potasyum tetraborat tetrahidratın tek adımlı kalsinasyonu sinterleşme başladığından dolayı yürütülemedi. Kalsine edilmiş ürünün döküm yoğunluğu 170 ºC den daha düşük sıcaklıklarda potasyum tetraborat tetrahidrat partiküllerin büzülmesinden dolayı azalmaktadır. Çok adımlı kalsinasyon boyunca, ilk adımın kalsinasyonun da potasyum tetraborat tetrahidratın sıcaklık ve su içeriği sırasıyla 152 º C' den daha düşük ve 2.75 mol H2O/mol K2B4O7 olmalıdır. Bu partiküllerin ikinci kalsinasyon adımı farklı sıcaklılarda yürütüldüğü zaman döküm yoğunluğu, partikül boyutu ve B2O3 içeriği olarak benzer sonuçlar vermektedir. İki adımlı kalsinasyon sonunda elde edilen ürün fiziksel ve kimyasal olarak ticari uygunluğa sahiptir. Üç adımlı kalsinasyonla döküm yoğunluğu teorik döküm yoğunluğundan daha yüksek döküm yoğunluklu ürün elde edildi. Bu yüzden ikinci kalsinasyonun ikinci adım sıcaklığı susuz potasyum tetraboratın son döküm yoğunluğu üzerine önemli bir etkinliğe sahiptir. Potasyum tetraborat tetrahidrat ve Ca(OH)2 karışımının kalsinasyonuyla tek ve iki adımda susuz potasyum tetraborat elde edildi. Potasyum tetraborat tetrahidratın dehidratasyon ve dekompozisyon kinetiği, her iki adımın da birden fazla adımla gerçekleştiğinde en iyi şekilde eş dönüşümlü metotla temsil edilebilir. THE CALCINATION KINETICS OF POTASSIUM TETRABORATE TETRAHYDRATE IN FLUIDIZED BED Eyyüp Sabri CENNETKUŞU SUMMARY In this study, the optimum calcination condition of Potassium tetraborate tetrahydrate was investigated depend on temperature, particle size, calcination time and steps and the content of Ca(OH)2 in fluidized bed dryer. The bulk density, B2O3 content, sieve analysis of the product obtained at the end of constant and stage-wise calcinations have been investigated under thermal decomposition condition. Also, the effect of applied procedure on the particles of potassium tetraborate tetrahydrate have been determined by microscobic pothgrape. In aditional of these, calcination of potasium tetraborat tetrahidrate have been investigated at different heating rates by using TG and DTG devices under nonisothermal condition. Single step calcinations carried out at temperature higher than 170 oC gives a calcinated product with low bulk density. The calcinations of Potassium tetraborate tetrahydrate with single stage can not be carried out at the temperature higher than 250 oC since agglomeration is started. The bulk density of calcined product is increased at temperature lower than 170 oC, since potassium tetraborate tetrahydrate particles are shrinking. During the multi stage calcinations, temperature and water content of Potassium tetraborate tetrahydrate in the first step calcination should be lower than 152 oC and 2.75 mol H2O/mol K2B4O7, respectively. The second calcination step of this particles give similar rerults with respect to bulk density, particle size and B2O3 content when it carried out at higher different temperature The product obtained at the end of this two stage calcination is commercially available in respect to physical and chemical properties. High bulk density product with higher bulk density than in theoretical value of anhydrous potassium tetraborate is obtained with three step calcinations. Therefore, the second stage temperature of calcinations has an important role on the final bulk density of anhydrous Potassium tetraborate. By calcination of potassium tetraborate tetrahydrate and Ca(OH)2 mixture, an anhydrous potassium tetraborate tetrahydrate was obtained in single and two step calcinations. The thermal dehydration and decomposition kinetics of potassium tetraborate tetrahydrate can be best represented by isoconvensionel method, since both dehydration and decomposition are realized in multi-steps.