Aceton-metanol azeotrop elegy szétválasztása szakaszos extraktív desztillációval
A desztilláció a folyadékelegyek szétválasztásának legszélesebb körben alkalmazott művelete, mely az elegy komponenseinek fizikai különbözőségén alapul.
Nem ideális elegyek esetén egy bizonyos koncentrációnál előfordulhat, hogy a gőz és a folyadék összetétele megegyezik, a relatív illékonyság egységnyi, vagyis a két komponens azeotrop elegyet képez. Hagyományos desztillációs eljárással ennél a koncentrációnál nagyobb érték nem érhető el. Mivel az azeotrop pont helyzete függ az alkalmazott nyomástól, nyomásváltó desztillációval tiszta termékek állíthatók elő, illetve néhány elegy esetében a nyomás változtatásának hatására el is tűnhet az azeotrop pont. Egy másik lehetséges módszer az azeotrop elegyek szétválasztására az extraktív desztilláció, ahol egy alkalmazott oldószer segítségével az egyik komponenst a desztillációs kolonna alsó részébe mossuk, így a másikat előírt tisztaságban tudjuk a fejben szedni.
Jelen tudományos diákköri munka a szakaszos extraktív desztilláció folyamatát mutatja be az aceton-metanol minimális forráspontú azeotrop elegy szétválasztásának vizsgálatával. Víz, mint oldószer adagolásával kis metanoltartalmú aceton gyártható desztillátumként. A víz adagolása már a felfűtési lépés alatt elkezdődik. A kutatás során először a ChemCAD professzionális folyamatszimulátor segítségével előzetes szimulációval meghatároztuk a művelet paramétereit: a refluxarányt, a vízbetáplálás helyét és áramát. A paraméterek értékeinek kiválasztásának fő szempontja az volt, hogy a lehető legnagyobb mennyiségű, elfogadható tisztaságú (>95 mol%) acetont tudjuk előállítani a lehető legrövidebb idő alatt. Ezt követően laboratóriumi kísérletet végeztünk, amely során sikeresen megvalósítottuk az aceton kinyerését. A kísérlethez egy 0,03 méter átmerőjű laboratóriumi kolonnát használtunk, amely egy Sulzer LDX rendezett töltetet tartalmaz egy 1 méter és egy 0,5 méter magas szakaszban. Elvégeztük a kísérlet utólagos szimulációját, melyben javítottuk a szimuláció pontosságát is. Javaslatot tettünk a kísérlet végén az üstben maradó metanol kinyerésére is.
A termékek összetételének meghatározására egy egyszerű és jól működő módszert dolgoztunk ki: egy Excel makrót, mely törésmutató és sűrűség alapján határozza meg a termékek összetételét. Ehhez különböző, ismert összetételű binér (aceton-víz) és terner elegyek törésmutatóját mértük. A mérési adatokra az Origin programmal illesztettünk egyenleteket, amelyeket az Excel makróban használtunk. Az illesztett egyenletek pontosságát irodalmi forrás [4] alapján ellenőriztük.
Az elvégzett munka alapján egy hallgatói labormérést készítettünk.
Felhasznált irodalom:
1. Vincent Gerbaud, Ivonne Rodriguez-Donis: Extractive Distillation. In: Andrzej Górak, Žarko Olujić (szerk.): Distillation: Equipment and Processes. Academic Press: Amsterdam, 2014.
2. Láng Péter: Szakaszos extraktív desztilláció vizsgálata kísérletekkel és számításokkal, MTA doktori értekezés, védés: 2005.jún. 30.
3. Rév Endre: Folyamattan I. Modellezés. BME VEBMK KKFT, 2014.
4. M. Iglesias, B. Orge, J. Tojo: Refractive indices, densities and excess properties on mixing of the systems acetone + methanol + water and acetone + methanol + 1-butanol at 298.15 K. Fluid Phase Equilibria, 126 (1996), 203-223.
szerzők
-
Németh Bence Gábor
Vegyészmérnöki alapképzési szak, nappali BSC
alapképzés (BA/BSc) -
Bálint László
Vegyészmérnöki alapképzési szak, nappali BSC
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Láng Péter
Egyetemi tanár, Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék -
Dr. Hégely László
egyetemi docens, Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
