Illékony anyagok kinyerése vizes oldatokból



Hasonló dokumentumok
Környezetbarát eljárások

Extrakció. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Vegyipari műveletek m

Vegyipari műveletek II. Témakör: abszorpció Székely Edit BME VBK

Technológiai hulladékvizek kezelése fiziko-kémiai módszerekkel a körforgásos gazdaság jegyében

Általános és szervetlen kémia Laborelıkészítı elıadás I.

Ipari vizek tisztítási lehetőségei rövid összefoglalás. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Folyadékmembránok. Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék /65

Gépészeti Eljárástechnika Tanszék. Szakaszos rektifikálás mérés

Gőz-folyadék egyensúly

FOLYÉKONY BIOÜZEMANYAGOK

1. feladat Összesen: 8 pont. 2. feladat Összesen: 11 pont. 3. feladat Összesen: 7 pont. 4. feladat Összesen: 14 pont

Környezetbarát és katalitikus folyamatok (oldószerek) Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

(Bio)etanol tüzelıanyag elınyök és hátrányok

Kémiai reakciók Műszaki kémia, Anyagtan I. 11. előadás

Fiziko-kémiai módszerek a finomkémiai ipar hulladékvizeinek kezelésére

Kémiai és fizikai kémiai ismeretek és számítások

Sav bázis egyensúlyok vizes oldatban

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 1995 JAVÍTÁSI ÚTMUTATÓ

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 2001

Feladatok haladóknak

Desztilláció: gyakorló példák

Osztályozó vizsgatételek. Kémia - 9. évfolyam - I. félév

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

A 2007/2008. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második fordulójának feladatlapja. KÉMIÁBÓL I. kategóriában ÚTMUTATÓ

B I O M A S S Z A H A S Z N O S Í T Á S és RÉGIÓK KÖZÖTTI EGYÜTM KÖDÉS

29. Sztöchiometriai feladatok

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

VÍZKEZELÉS Kazántápvíz előkészítés ioncserés sómentesítéssel

KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI- FELVÉTELI FELADATOK 2001 (pótfeladatsor)

Kémiai alapismeretek 4. hét

b./ Hány gramm szénatomban van ugyanannyi proton, mint 8g oxigénatomban? Hogyan jelöljük ezeket az anyagokat? Egyforma-e minden atom a 8g szénben?

Művelettan 3 fejezete

KÉMIA A kerettanterv B változata alapján készült A kémia tanításának célja és feladatai

MÉRNÖKI ANYAGISMERET AJ002_1 Közlekedésmérnöki BSc szak Csizmazia Ferencné dr. főiskolai docens B 403. Dr. Dogossy Gábor Egyetemi adjunktus B 408

Kiegészítő desztillációs példa. 1. feladatsor. 2. feladatsor

LACTULOSUM. Laktulóz


Kémiai reakciók. Közös elektronpár létrehozása. Általános és szervetlen kémia 10. hét. Elızı héten elsajátítottuk, hogy.

A szén-dioxid megkötése ipari gázokból

C- források: 1. közvetlenül erjeszthetők ( melasz, szulfitszennylúg, szörpők) 2. Közvetett úton erjeszthetők (gabonák, cellulóz tartalmú anyagok)

Az extrakció. Az extrakció oldószerszükségletének meghatározása

Oldódás, mint egyensúly

8.8. Folyamatos egyensúlyi desztilláció

KÉMIA 10. Osztály I. FORDULÓ

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

KÉMIA 7-8. évfolyam A helyi tanterv a kerettanterv B változata alapján készült A kémia tanításának célja és feladatai

HELYI TANTERV KÉMIA A KOCH VALÉRIA ISKOLAKÖZPONT OSZTÁLYA SZÁMÁRA

Javítókulcs (Kémia emelt szintű feladatsor)

1. feladat Összesen: 10 pont

Mozgófázisok a HILIC-ban. Módszer specifikus feltétel: kevésbé poláris, mint az állófázis vagy a víz Miért a víz?

1. változat. 4. Jelöld meg azt az oxidot, melynek megfelelője a vas(iii)-hidroxid! A FeO; Б Fe 2 O 3 ; В OF 2 ; Г Fe 3 O 4.

Növényi hatóanyagok kinyerése és elválasztása. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki

A kémiai egyensúlyi rendszerek

Oldódás, mint egyensúly

IV. Pervaporáció 1. Bevezetés

Készült az 51/2012. (XII. 21.) EMMI rendelet 2. sz. melléklet (B) változatához a Mozaik Kiadó ajánlása alapján

1. feladat Összesen: 18 pont. 2. feladat Összesen: 9 pont

Minta feladatsor. Az ion képlete. Az ion neve O 4. Foszfátion. Szulfátion CO 3. Karbonátion. Hidrogénkarbonátion O 3. Alumíniumion. Al 3+ + Szulfidion

Általános iskola (7-8. évfolyam)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK. képlettel rendelkezik:

Gázok, oldószerek és reagensek tisztítása

1. feladat Összesen: 15 pont. 2. feladat Összesen: 10 pont

A kajszibarack pálinka lepárlásának optimalizálása

ZÁRÓJELENTÉS Újtípusú félfolyamatos szétválasztó műveletek, OTKA T (4 év) Témavezető: Rév Endre

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV (Codex Alimentarius Hungaricus) /45 számú előírás (Hatodik kiegészítés)

Kromatográfia Bevezetés. Anyagszerkezet vizsgálati módszerek

XXIII. SZERVES KÉMIA (Középszint)

2. változat. 6. Jelöld meg, hány párosítatlan elektronja van alapállapotban a 17-es rendszámú elemnek! A 1; Б 3; В 5; Г 7.

Szerves oldószerek vízmentesítése zeolitokkal

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

NÖVÉNYI HATÓANYAGOK KINYERÉSE SZUPERKRITIKUS EXTRAKCIÓVAL

KÉMIA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Elméleti próba X. osztály

MAGYAR ÉLELMISZERKÖNYV (Codex Alimentarius Hungaricus)

GLUCAGONUM HUMANUM. Humán glükagon

KÉMIA FELVÉTELI DOLGOZAT

Minta feladatsor. Az ion neve. Az ion képlete O 4. Szulfátion O 3. Alumíniumion S 2 CHH 3 COO. Króm(III)ion

3. A 2. igénypont szerinti készítmény, amely 0,03 törnego/o-nál kisebb. 4. A 3. igénypont szerinti készítmény, amely 0,02 tömeg 0 /o-nál kisebb

TIZANIDINI HYDROCHLORIDUM. Tizanidin-hidroklorid

Elválasztástechnikai folyamatok környezetközpontú tervezése és ipari alkalmazása. Tézisfüzet

Tartalmi követelmények kémia tantárgyból az érettségin

A kén tartalmú vegyületeket lúggal főzve szulfid ionok keletkeznek, amelyek az Pb(II) ionokkal a korábban tanultak szerint fekete csapadékot adnak.

HULLADÉK GAZDÁLKODÁS FELDOLGOZÁS IV. Előadás anyag

m n 3. Elem, vegyület, keverék, koncentráció, hígítás m M = n Mértékegysége: g / mol elem: azonos rendszámú atomokból épül fel

KÉMIA Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

KÉMIA TANMENETEK osztályoknak

Kémiai fizikai alapok I. Vízminőség, vízvédelem tavasz

SUCRALFATUM. Szukralfát

Folyamatábra és anyagforgalmi diagram készítése

Vegyipari technikus Vegyipari technikus

IX. Szénhidrátok - (Polihidroxi-aldehidek és ketonok)

Szabadalmi igénypontok

Javítóvizsga. Kalász László ÁMK - Izsó Miklós Általános Iskola Elérhető pont: 235 p

8. oldaltól folytatni

Adatgyűjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb műszerei

KÉMIA. Kiss Árpád Országos Közoktatási Szolgáltató Intézmény Vizsgafejlesztő Központ 2003

Eötvös József Általános Iskola és AMI Helyi tanterv 2013

Kémiai alapismeretek 6. hét

SZŰKÍTETT RÉSZLETEZŐ OKIRAT (1) a NAH /2014 nyilvántartási számú (2) akkreditált státuszhoz

Átírás:

Illékony anyagok kinyerése vizes oldatokból Simándi Béla BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék simandi@mail.bme.hu /65 1

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

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

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

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 (1927-42, 20% alk.) 5

Ford T-modell (1908)

Rektifikálás (XIX. sz.) 7

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

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

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

Etanol víz egyensúlyi diagram 11

96%-os etanol előállítása Bioetanol víz 12

100%-os etanol előállítása Azeotróp desztilláció 13

Extraktív desztilláció 14

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

Elektrolitos desztilláció 16

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

Ionos folyadékok Szerves sók: Kation: imidazólium-, piridínium-, ammónium-, foszfónium-származékok Anion (szervetlen): Cl -1, SO 4-2, BF 4-1, PF 6-1 18

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

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

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

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

Extrakció 60-75% EtOH 65 80% EtOH 23

Etanol víz elválasztása szuperkritikus extrakcióval 24

Pervaporáció P 1 = 5 bar T 1 = 90ºC P 2 = 10 15 mbar 25

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

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

Pervaporációs üzem 28

Pervaporációs üzem 29

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 3 75 20 Elektromos energia, kwh 15 38 Oldószer, dm 3 1,6-3 - Membráncsere (EUR/2 év) - 8-10 Üzemeltetés, EUR 30-45 15 30

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

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

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

Ecetsav-víz fázis diagram 34

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

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

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

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

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

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

RDC= Rotation disc contactor oszlop 41

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

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

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

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

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

Reaktív desztilláció 4 1 3 5 2 1: savas oldószer 2: metanol 3: metil-acetát + víz 4: retentát: metil-acetát 5: permeát: víz 6: víz 6

Reaktív desztilláció 1 2 4 3 1: tiszta sav betáp 2: savas oldószer 3: metanol 4: metil-acetát 5: víz 5

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

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

Régi üzem

Új üzem

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 1. 20 m 1. 10 m 2. 20 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

Régi üzem (elől) és új üzem

THF-MeOH rendszer egyensúlya P=760 torr

THF-VIZ rendszer egyensúlya P=760 torr

THF-MeOH- VÍZ rendszer egyensúlya P=760 torr

THF-ETANOL-VÍZ rendszer egyensúlya P=760 torr

ETANOL-IPA- VIZ rendszer egyensúlya P=760 torr

A különböző elválasztó műveletek relatív energia igénye

Köszönöm a figyelmüket! 61