Perwaporacyjne zatężanie układu butanol-etanol-aceton-woda na membranach komercyjnych

• Autorzy: Rdzanek P. , Marszałek J. , Kamiński W.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2015.9(2)081

Warianty tytułu

EN

The butanol-ethanol-acetone-water recovery by pervaporation using commercial membranes

• Konferencja: ECOpole’15 Conference (14-16.10.2015, Jarnoltowek, Poland)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Perwaporacja (PV) jest procesem membranowym, w którym rozdział składników następuje na selektywnej warstwie membrany, która może być polimerowa, ceramiczna bądź kompozytowa. Zastosowanie perwaporacji, w miejsce konwencjonalnych metod odwadniania rozpuszczalników tworzących z wodą mieszaniny azeotropowe, przynosi, oprócz niewymiernych korzyści w ochronie środowiska, także konkretne korzyści ekonomiczne. Badania przeprowadzone w pracy skupiają się na separacji butanolu z wodnego roztworu ABE (aceton-butanol-etanol). Dotychczas jako dodatek do paliw stosowano etanol, obecnie w badaniach więcej uwagi poświęca się n-butanolowi ze względu na jego właściwości zbliżone do benzyny. W pracy przetestowano różne typy komercyjnych membran perwaporacyjnych (o różnym składzie warstwy aktywnej). Badania prowadzono na membranie PERVAP 4060 oraz na membranach firmy PERVATECH. Proces perwaporacji wykonano na laboratoryjnej aparaturze o powierzchni membrany 50,24 cm2. Proces prowadzony był przy natężeniu przepływu nadawy 40 dm3/h, dla temperatury roztworu zasilającego 29, 37 i 50°C i ciśnieniu po stronie permeatu 10 mbar. Stężenia butanolu w nadawie wynosiły 1,5, 3 i 5% wag. Przeanalizowano wpływ rodzaju warstwy aktywnej membrany na zmianę strumienia butanolu oraz współczynnika wzbogacenia składnika w permeacie. Skład permeatu i retentatu analizowany był za pomocą chromatografii gazowej.

EN

Pervaporation (PV) is a membrane-based process employing dense polymer, ceramic or innovate components materials as active separation layer. The use of pervaporation compared to the conventional methods for dehydration solvents forming an azeotrope with water brings, besides unquantifiable benefits in environmental also economic benefits. In this paper PV process is used to separate and concentrate biobutanol from the ABE (acetone-butanol-ethanol) water solution. So far as an additive for fuel ethanol was used, currently in research more attention is given to n-butanol, because of its properties closed to gasoline Different types of commercial membranes are tested in pervaporation experimental setup. Research was carried out on the PERVAP 4060 and PERVATECH membranes. The research was conducted on a laboratory apparatus, where the membrane diameter was 50.24 cm2. The pervaporation was carried out with the feed flow rate 40 dm3/h, the permeate side pressure 10 mbar and the feed temperature 29, 37 and 50°C. The concentrations of butanol in feed was 1.5, 3 and 5 wt.%. The influence of the active layer composition on the butanol flux and the enrichment coefficient was analyzed. The composition of permeate and retentate was analyzed by gas chromatography.

Słowa kluczowe

PL

perwaporacja; membrana; biobutanol

EN

pervaporation; membrane; biobutanol

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 9, No. 2
• Strony: 693--698
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Rdzanek P.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, tel. [phone], fax [phone]

autor

Marszałek J.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, tel. [phone], fax [phone]

autor

Kamiński W.

• Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska, Politechnika Łódzka, ul. Wólczańska 213, 90-924 Łódź, tel. [phone], fax [phone]

Bibliografia

• [1] Huanga HJ, Ramaswamya S, Tschirner UW, Ramarao BV. A review of separation technologies in current and future biorefineries. Sep Purif Technol. 2008;62:1-21. DOI: 10.1016/j.seppur.2007.12.011.
• [2] Leland MV. A review of pervaporation for product recovery from biomass fermentation processes. J Chem Technol Biot. 2005;80:603-629. DOI: 10.1002/jctb.1265.
• [3] Groot WJ, Lans RGJM, Luyben KChAM. Technologies for butanol recovery integrated with fermentations. Process Biochem. 1992;27:61-75. DOI: 10.1016/0032-9592(92)80012-R.
• [4] Xue C, Jing-Bo Z, Li-Jie C, Feng-Wu B, Shang-Tian Y, Jian-Xin S. Integrated butanol recovery for an advanced biofuel: current state and prospects. Appl Microbiol Biot. 2014;98:3463-3474. DOI: 10.1007/s00253-014-5561-6.
• [5] Wijmans JG, Baker RW. The solution-diffusion model: a review. J Membrane Sci. 1995;107:1-21. DOI:10.1016/0376-7388(95)00102-I.
• [6] Li S, Srivastava R, Parnas RS. Separation of 1-butanol by pervaporation using a novel tri-layer PDMS composite membrane. J Membrane Sci. 2010;363:287-294. DOI: 10.1016/j.memsci.2010.07.042.
• [7] Liu S, Liu G, Zhao X, Jin W. Hydrophobic-ZIF-71 filled PEBA mixed matrix membranes for recovery of biobutanol via pervaporation. J Membrane Sci. 2013;446:181-188. DOI: 10.1016/j.memsci.2013.06.025.
• [8] Green EM. Fermentative production of butanol - the industrial perspective. Curr Opin Biotech. 2011;22:337-343. DOI: 10.1016/j.copbio.2011.02.004.
• [9] Rozicka A, Niemistö J, Keiski RL, Kujawski W. Apparent and intrinsic properties of commercial PDMS based membranes in pervaporative removal of acetone, butanol and ethanol from binary aqueous mixtures. J Membrane Sci. 2014;453:108-118. DOI: 10.1016/j.memsci.2013.10.065.
• [10] Qureshi N, Blaschek HP. Butanol recovery from model solution/fermentation broth by pervaporation: evaluation of membrane performance. Biomass Bioenerg. 1999;17:175-184. DOI: 10.1016/S0961-9534(99)00030-6.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.