Izopropanol vízmentesítése különböző szakaszos desztillációs módszerekkel
A desztilláció a folyadékelegyek szétválasztásának széles körben alkalmazott művelete, mely az elegy komponensei illékonyságának különbségén alapul.
Dolgozatomban egy ipari hulladékoldószer (összetevői: metil-etil-keton(MEK)– izopropanol(IPA)–víz-toluol(TOL)) különböző szakaszos desztillációs módszerekkel történő feldolgozását vizsgáltam dinamikus szimulációval, a ChemCAD professzionális folyamatszimulátorral és laboratóriumi kísérletekkel.
A művelet célja nagy tisztaságú IPA (víztartalom kisebb, mint 0,2 térfogat%, IPA-tartalom nagyobb, mint 99,77 mol%) kinyerése. A kiindulási elegy erősen nem-ideális, a komponensek egymással 7 minimális forráspontú azeotrópot képeznek. A legjelentősebb szennyező a víz, amely az IPA-val binér azeotrópot képez, így eltávolítása nagymértékű IPA vesztességgel jár. Munkám célja az volt, hogy a jelenleginél (50-60%) magasabb kinyerést biztosító szakaszos desztillációs technológiát javasoljak.
Az alábbi szakaszos desztillációs módszereket vizsgáltam:
1. Hagyományos szakaszos desztilláció
2. Szakaszos heteroazeotróp desztilláció
3. Szakaszos extraktív desztilláció
Munkám során először a szétválasztandó elegy gőz-folyadék, illetve folyadék-folyadék egyensúlyi viszonyait vizsgáltam meg. A termodinamikai modellekkel számolt értékeket összevetettem mérési adatokkal.
Ezután az üzemben jelenleg is működő módszert (1.) modelleztem. A kinyerés javítására egy lehetséges módszer (2.) a heteroazeotróp desztilláció alkalmazása toluol szétválasztó ágenssel, amely már jelen is van az elegyben, így újabb komponens bevitelére nincs szükség. Három lehetséges üzemeltetési módot vizsgáltam:
a. Szerves fázis egészének refluxáltatása
b. Folyamatos elvétel a szerves fázisból
c. Kombinált üzemeltetési mód: az előző kettő kombinációja
Vizsgáltam továbbá az extraktív desztillációt is lehetséges megoldásként dimetil-szulfoxid (DMSO) szolvenssel. Kezdetben igen ígéretes eredményeket kaptam, de az elvégzett érzékenységvizsgálatok alapján a kiindulási elegy összetételének változását ez a módszer nem tudta kezelni (nem értem el a kívánt tisztaságot).
A fenti, ipari méretre elvégzett (sarzs: 8,5 m3) számításokon túl laboratóriumi méretre is végeztem számításokat a jelenlegi technológia (1.) alapján, illetve heteroazeotróp desztillációs (2.) megoldással. A laboratóriumban rendelkezésre álló dekanter hold-up-jának, illetve a két fázis arányának számítására egy Excel-makrót írtam, ami bármilyen elegy esetén alkalmazható. A jelenlegi technológia tanulmányozásához laboratóriumi kísérletet is végeztem, majd az eredmények alapján elvégeztem a művelet utólagos szimulációját.
Munkám végén összehasonlítottam a különböző desztillációs módszereket az ipari méretre elvégzett számítások alapján.
Felhasznált irodalom:
1. J. Gmehling, U. Onken, W. Arlt: Chemistry Data Series: Vapor-liquid Equilibrium Data Collection, Vol.1, Part1, Part1a, Part2b. Dechema, 1991, 1998, 1990.
2. J. M. Sørensen, W. Artl: Chemistry Data Series: Liquid-Liquid Equilibrium Data Collection, Vol. 5, Part1, Part2, Part4. Dechema, 1979, 1980, 1987.
3. V. Gerbaud, G. V. Baelen, S. Vreysen, I. Rodriguez-Donis, J. Geens, B. Janssens: Isopropyl alcohol recovery by heteroazeotropic batch distillation. Process Technology and Sustainability, EMChIE 2010, Mechelen, Belgium.
4. J. Y. Yao, S.-Y. Lin, I. L. Chien: Operation and control of batch extractive distillation for the separation of mixtures with minimum-boiling azeotrope. Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers 38 (2007), 371-383.
szerző
-
Németh Bence Gábor
Vegyészmérnöki mesterképzési szak, nappali MSc
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Láng Péter
Egyetemi tanár, Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék -
Dr. Hégely László
egyetemi docens, Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék
