Hibrid eljárás tervezése tetrahidrofurán regenerálására

Koczka Katalin

Témavezető: Dr. Mizsey Péter

Előadás vázlata A téma jelentősége a

környezetvédelemben Pervaporáció Iparban használt technológiák rövid

ismertetése Új hibrid eljárások kidolgozása A különböző technológiák

gazdaságossági összehasonlítása Összefoglalás

A téma jelentősége a környezetvédelemben Földünk anyag- és energiakészlete nem

kimeríthetetlen (fenntartható fejlődés) Környezetszennyezés csökkentése:

Termelési folyamat, technológia változtatása

Regenerálás, újrafelhasználás Vegyi és rokoniparban a hulladékvizek

szennyezettségét a magas szerves oldószer tartalom is jellemzi ( lehetőség pervaporáció alkalmazására)

Pervaporáció Mechanizmusa: Szelektív szorpció a membrán primer oldalán Szelektív diffúzió a membránon át Deszorpció a gőzfázisba

betáplálás

permeátum

retentátum

membrán

Membránok fő jellemzői Szelektivitás Fluxus

EtOH-víz

0

20

40

60

80

92 94 96 98 100Betáplálás EtOH w%

Perm

eát E

tOH

w%

EtOH-víz

0

0,05

0,1

0,15

0,2

92 94 96 98 100Betáplálás EtOH w%

Flux

us k

g/m

2 h

Pervaporáció alkalmazásaÍgéretes felhasználási területei: Azeotrop elegyek elválasztása Illékony vegyületek, oldószernyomok

kinyerése vízből Közeli forráspontú anyagok elegyének

elválasztásaElválasztás alapja a komponensek

oldhatósági és diffuzivitási különbsége

Vizsgált ipari elegyek: THF - víz

630 t /év (93 w% THF – 7 w% víz)

THF – víz - metanol 540 t /év(78 w% THF – 16 w % víz – 6 w% metanol)

THF-víz elegy x-y diagramja

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

THF moltört

Metanol-víz x-y diagramja

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Metanol moltört

THF-metanol x-y diagramja

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

THF moltört

THF-víz elválasztás1983-ban publikálta Schoenmakers az azeotrop desztillációval egybekötött NaOH-val töltött oszlop rendszert, melyben a THF víztartalma 0,5 w%-ra csökkenthető

1. Lúg

Betáp

Gőz

Víz (THF<10 ppm)

Azeotróp

THF (víz 0,5 w%)

Vizes lúg

8

78

7

2. Szakaszos üzemmód, termék a fejben

A recirkuláltatott áram a betáplálás 45%-a

(ipari eljárás)

3. Szakaszos üzemmód, termék a fenékben

A recirkuláltatott áram a betáplálás 30%-a

Betáp

THF (víz 0,5 w%)

Lúg

THF (víz 0,05 w%)18

ElőpárlatR=7

2.1

Betáp

THF (víz 0,5 w%)

Lúg

THF (víz 0,05 w%)

18

ElőpárlatR=9

4. Folyamatos üzemmód, termék a fenékben

A recirkuláltatott áram a betáplálás 10%-a

5. Pervaporációval összekapcsolt desztilláció

A permeát áram a betáplálás 12%-a

Betáp

THF (víz 0,5 w%)

Lúg

THF (víz 0,05 w%)

ElőpárlatR=9

10

2

Betáp

Permeát(THF 14 w%)

Víz

Azeotróp

Retentát(víz < 0,05 w%)

THF-víz-metanol

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

THF moltört

víz 0%

átló

THF-víz-metanol

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

THF moltört

víz 0%

víz 50%

átló

THF-víz-metanol

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

THF moltört

víz 0%

víz 50%

víz 80%

átló

THF-víz-metanol elegy6. NaOH-val az elegy víztartalma 0,5w%-ra csökkenthető,

metanol is távozik a rendszerből. Az alkoholtartalom csökkenthető szakaszos desztillációval, recirkuláltatott áram a betáplálás 75%-a.

Betáp

THF (víz 0,5 w%)

Lúg

Főpárlat(víz 0,05 w%)(MeOH 0,05 w%)

Előpárlatok:R1=9R2=15R3=25

Új hibrid eljárás: extraktív desztilláció-pervaporáció-desztilláció

7. Az eljárás megvalósítható két desztillációs oszlop (az egyik extraktív) és egy pervaporációs egység alkalmazásával.

10

2

Betáp

THF(víz 0,05 w%)(MeOH 0,05 w%)

Permeát

víz

R=1

R=5MeOHTHFvíz

Eljárások éves üzemeltetési költségének összehasonlítása

2. Szakaszos, termék a fejben

3. Szakaszos, termék a fenékben

4. Folyamatos, termék a fenékben

5. Pervaporáció és desztilláció

6. Szakaszos, termék a fejben (MeOH)

7. Extr. desztilláció, pervaporáció, desztilláció (MeOH)

0

2

4

6

8

10

12

14

2 3 4 5 6 7

MFt

Vill

Gőz

Víz

Lúg

Eljárások beruházási költségének összehasonlítása

2. Szakaszos, termék a fejben

3. Szakaszos, termék a fenékben

4. Folyamatos, termék a fenékben

5. Pervaporáció és desztilláció

6. Szakaszos, termék a fejben (MeOH)

7. Extr. desztilláció, pervaporáció, desztilláció (MeOH)

0

20

40

60

80

100

120

140

2 3 4 5 6 7

MFt

Eljárások éves össz-költségének összehasonlítása

2. Szakaszos, termék a fejben

3. Szakaszos, termék a fenékben

4. Folyamatos, termék a fenékben

5. Pervaporáció és desztilláció

6. Szakaszos, termék a fejben (MeOH)

7. Extr. desztilláció, pervaporáció, desztilláció (MeOH)

0

100

200

300

400

500

2 3 4 5 6 7

MFt

THF

Üzemeltetés

Beruházás

Összefoglalás A hagyományos NaOH alapú eljárások

lúgfogyasztása jelentős, melyet felhasználás után semlegesíteni is kell

A lúgos eljárások lényegesen költségesebbek a nagy THF veszteség miatt

Harmadik anyag (metanol) esetén szükséges a hagyományos desztilláció extraktív desztillációval történő kiváltása, melyet ha pervaporációval kombinálunk ~90%-val csökkenthetők a regenerálási költségek.

Köszönetnyilvánítás: OTKA T 042600, T 046218, TS 049849 MTA-BME Műszaki Kémiai Kutatócsoport

K. Koczka, J. Manczinger, P. Mizsey, Z. Fonyo: Novel hybrid separation processes based on pervaporation for THF recovery, Chemical Engineering and Processing 46 (2007) 239-246

Köszönöm a figyelmet!

Eljárások éves össz-költségének összehasonlítása

2. Szakaszos, termék a fejben

3. Szakaszos, termék a fenékben

4. Folyamatos, termék a fenékben

5. Pervaporáció és desztilláció

6. Szakaszos, termék a fejben (MeOH)

7. Extr. desztilláció, pervaporáció, desztilláció (MeOH)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

2 3 4 5 6 7

MFt Üzemeltetés

Beruházás