Illékony anyagok kinyerése vizes oldatokból

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Illékony anyagok kinyerése vizes oldatokból"

Sarolta Kerekes
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Illékony anyagok kinyerése vizes oldatokból Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65 1

2 Az előadás vázlata Etanol víz elválasztás Ecetsav víz elválasztás Manczinger tanár úr példái 2

3 Etilalkohol víz elválasztás A bor egyidős az emberrel Desztilláció Az ókori Alexandriában már ismerték a desztillációt Középkor: borszesz = spiritus vini = aqua vitae 3

4 Etilalkohol víz elválasztás A bor egyidős az emberrel Desztilláció Ipari termelés a XIX. Századtól Franciaország: bor Anglia: gabona Németország: burgonya 4

5 Etilalkohol víz elválasztás A bor egyidős az emberrel Desztilláció Ipari termelés a XIX. Századtól Motorhajtóanyag (I. világháborútól benzin!) USA: Ford első autói, gasohol (10% alk.) Brazília (20% alk., tiszta alkohol) Magyarország ( , 20% alk.) 5

világháborútól benzin!) USA: Ford első autói, gasohol (10% alk.

6 Ford T-modell (1908)

7 Rektifikálás (XIX. sz.) 7

8 Bioetanol Cukornád 36,3 hl/ha, EH: 3,5 Édescirok 35,5 hl/ha, EH: 2,8 Cukorrépa 35 hl/ha, EH: 4 Kukorica 22 hl/ha, EH: 1,4 Búza 7,7 hl/ha, EH: 1,3 EH=energiahozam/befektetett energia 8

9 Előnyök Az ország nem függ a kőolaj importtól A levegőszennyezés csökken Vidéki munkahelyek megtartása Terményfelesleg feldolgozása Parlagföldek hasznosítása Export lehetőségek 9

10 Hátrányok Élelmiszer és takarmány árak nőnek Csak állami beavatkozással működik Rugalmatlan a világpiaci változásokra Monokultúrás termelés kialakulása Környezeti hatások Kartellek kialakulása 10

világpiaci változásokra Monokultúrás termelés

11 Etanol víz egyensúlyi diagram 11

12 96%-os etanol előállítása Bioetanol víz 12

13 100%-os etanol előállítása Azeotróp desztilláció 13

14 Extraktív desztilláció 14

15 Extraktív desztilláció Extraháló szerek: Glikolok Glikol-éterek Glikol-észterek Glicerin Etoxi-etanol Butoxi-etanol 15

16 Elektrolitos desztilláció 16

17 Elektrolitos desztilláció Só: KOAc NaOAc KI NaI CaCl 2 CuCl 2 NiCl 2 17

18 Ionos folyadékok Szerves sók: Kation: imidazólium-, piridínium-, ammónium-, foszfónium-származékok Anion (szervetlen): Cl -1, SO 4-2, BF 4-1, PF

19 Ionos folyadékok Szerves sók Előnyök: Nem illékony Stabil (hő hatására nem bomlik) Jó oldóképesség Az ionok módosításával a tulajdonságaik tervezhető 19

20 Ionos folyadékok Szerves sók Előnyök Hátrányok: Drága A hulladék oldószer megsemmisítése körülményes Korrozív anyag keletkezhet a bomlásnál (HF) 20

21 Ionos oldószerek 1-butil-3-metil-imidazólium-klorid = [BMIM]Cl 1-butil-3-metil-imidazólium-tetrefluoro-borát = [BMIM]BF 4 1-etil-3-metil-imidazólium-tetrefluoro-borát = [EMIM]BF 4 21

22 Desztilláció ionos folyadékkal [BMIM]BF 4 <[EMIM]BF 4 <[BMIM]Cl 22

23 Extrakció 60-75% EtOH 65 80% EtOH 23

24 Etanol víz elválasztása szuperkritikus extrakcióval 24

25 Pervaporáció P 1 = 5 bar T 1 = 90ºC P 2 = mbar 25

26 Pervaporáció - membrán Aktív réteg Porózus hordozó réteg Kompozit membrán (például): Poli-vinilalkohol 0,5 µm Poli-akrilnitril 100 µm Poliészter szál 26

27 Pervaporáció y-x diagram T=333,15 K 27

28 Pervaporációs üzem 28

29 Pervaporációs üzem 29

30 Azeotrop-desztilláció és pervaporáció összehasonlítás alkoholtart. 93% 99,9% Jellemző/t EtOH Azeotrop desztilláció pervaporáció Fűtőgőz (1,5 bar), t 1-1,5 0,125 Hűtővíz, m Elektromos energia, kwh Oldószer, dm 3 1,6-3 - Membráncsere (EUR/2 év) Üzemeltetés, EUR

31 Szárítás Oxidok: CaO, BaO Sók: CaCl 2, CaSO 4 Szilikagél 31

32 Adszorpció Silicalite: 6 Å pórussugár, 0,2 ml alkohol/g gőzfázisból Molekula szita: Type 3A, vizet köt meg a gőzfázisból 32

33 Ecetsav víz elválasztás Híg vizes oldat: fermentáció cellulóz-acetát gyártás aszpiringyártás kámforgyártás biomassza lebontása 33

34 Ecetsav-víz fázis diagram 34

35 Lehetséges elválasztó műveletek Rektifikálás Azeotrop desztilláció (MeAc, EtAc, n-buac) Extraktív desztilláció (faolaj) Extrakció Egyéb: víz kifagyasztása adszorpció aktív szénen ioncsere membránszeparáció szuperkritikus extrakció 35

36 Gazdaságossági számítások A művelet függ a kezdeti ecetsav koncentrációtól, x 0 -tól: 2%<x 0 <30% 30%<x 0 <80% 80%<x 0 extrakció extraktív desztilláció azeotrop desztilláció 36

37 Extrakció: oldószer kiválasztás 1. oldószer megoszlási hányados (m=y/x ) (a koncentráció tömegtört) n-alkoholok (C4 - C8) 1,68 0,64 Ketonok (C4 C10) 1,20 0,61 Acetátok (C4 C10) 0,89 0,17 Éterek (C4 C8) 0,63 0,14 Az alkoholok észtert képezhetnek. A ketonoknál kedvezőtlen a regenerálás. Az éterek erősen tűz- és robbanásveszélyes anyagok. Választás: acetátok. 37

38 Extrakció: oldószer kiválasztás 2. Az oldószer forrpontja alapján T fp,ecetsav <T fp,oldószer Az egész rendszer hőmérséklete magas. A nem illó szennyezések felhalmozódhatnak. Az isoamil-acetátos elválasztás költsége kb. 30%-kal nagyobb mint az etil-acetáté. T fp,oldószer <T fp,ecetsav Választás: etil-acetát 38

39 Ecetsav extrakció Etil-acetát A extraktor B rektifikáló C florentini edény D oldószermentesítő víz 39

40 Extraktor kiválasztás Extrakciós tényező: F=m f ahol m megoszlási hányados f fázisarány Elválasztásnál F=1,3 2,5 Extraktor kiválasztás: jó elválasztóképesség nagy kapacitás Extraktor típusok: RDC, Oldshue-Rushton, Karr 40

41 RDC= Rotation disc contactor oszlop 41

42 Karr oszlop Perforated plates: perforált tányérok Baffle plate: terelő lemez Tie rods and spacers: kötővas és távtartó Light phase in/out: könnyű fázis be/ki Heavy phase in/out: nehéz fázis be/ki 42

43 Új lehetőség: reaktív extrakció A savhoz valamilyen bázikus anyagot (carrier) adnak. A komplex már jól oldódik vízben. Trioktil-foszfin-oxid (TOPO) = (C 8 H 17 ) 3 PO drága Primer aminok vízben nagyon oldódnak Szekunder aminok regenerálásnál reagálhatnak Tercier aminok (C 8 C 10 ) jól használhatók 43

44 Extraktív desztilláció Oldószer: tributil-amin Oldószer nélkül Oldószer : betáp = 2:1 Oldószer : betáp = 1:1

45 Extraktív desztilláció S A+B A S+B 1 2 B 1: extraktív desztillációs oszlop 2: oldószer-regeneráló oszlop A: víz B: ecetsav S: tributil-amin S

46 Azeotrop desztilláció Ecetsav + víz szerves vizes Pótlás Víz Etil-acetát Propil-acetát Butil-acetát Iso-butil-acetát Ecetsav

47 Reaktív desztilláció : savas oldószer 2: metanol 3: metil-acetát + víz 4: retentát: metil-acetát 5: permeát: víz 6: víz 6

48 Reaktív desztilláció : tiszta sav betáp 2: savas oldószer 3: metanol 4: metil-acetát 5: víz 5

49 Reaktív desztilláció Hidrolizáló reaktor 5 1: savas oldószer 2: metanol 3: metil-acetát + víz azeotróp 4: metanol 5: ecetsav 6: víz 6

50 METILAL- METANOL- VIZ elegy egyensúlya P=760 torr; paraméter víz mol%;

51 Régi üzem

52 Új üzem

53 Összehasonlítás Régi üzem Új üzem Készüléktípus buboréksapkás tányér VM 350 rendezett töltetszerkezet Kolonnaátmérők Aktív kolonna magasság 1. Ø 1250 mm 1. Ø 900 mm 2. Ø 900 mm 2. Ø 300 mm m m m 2. 8 m Kapacitás 30 m 3 /nap 60 m 3 /nap Nyomásveszteség 500 mbar 10 mbar Fajlagos kapacitás 1 m 3 /nap kapacitás 8,5 m 3 /nap kapacitás m 3 térfogat m 3 térfogat

54 Régi üzem (elől) és új üzem

55 THF-MeOH rendszer egyensúlya P=760 torr

56 THF-VIZ rendszer egyensúlya P=760 torr

57 THF-MeOH- VÍZ rendszer egyensúlya P=760 torr

58 THF-ETANOL-VÍZ rendszer egyensúlya P=760 torr

59 ETANOL-IPA- VIZ rendszer egyensúlya P=760 torr

60 A különböző elválasztó műveletek relatív energia igénye

61 Köszönöm a figyelmüket! 61

Hasonló dokumentumok

Környezetbarát eljárások

Környezetbarát eljárások Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék simandi@mail.bme.hu /65 1 Az elıadás vázlata Folyadékmembránok Illékony szerves anyagok kinyerése híg vizes oldatokból