Comparison of chemical and energy consumption of acetic acid using high boiling solvent technology with respect to conventional technologies using low boiling solvents

Abstract

ÖZET Asetik asidin sulu çözeltilerinden elde edilmesi, söz konusu bileşiğin organik bir solventle ekstraksiyonu ile gerçekleştirilebilmektedir. Solventin geri kazanılması, genellikle düşük konsantrasyonda asetik asit içeren asetik asit-solvent karışımının distilasyonunu gerektirir. Distilasyon operasyonunda, tepe ürününün solvent olması durumunda enerji sarfiyatı önemli boyutlara ulaşmaktadır. Tepe ürününün asetik asit olması ile enerji gereksiniminin bağıl olarak düşük olacağı ve distilasyon operasyonunu içeren toplam prosesin, ekstraksiyon açısından teknoekonomik olarak kabul edilebilir bir ekstraktör ile yürütülebileceği ortaya konmuştur. Bu çalışmada anılan sistemde yüksek kaynayan bir solventin kullanılmasının ortaya çıkaracağı ekonomik etkinin hesaplanması hedeflenmiştir. Daha önceki deneysel çalışmalarla uygun bir solvent olduğu kanıtlanmış yüksek kaynayan solvent siklohekzil asetat ile, yaygın olarak kullanılan iki konvansiyonel solvent, etil asetat ve diizopropil eter ekonomik bazda mukayese edilmiştir. Bunların dışında vinil asetat ve metil izobütil keton da düşük kaynayan solventler olarak denenmiş ler s e de, istenilen teknik kritere (ekstraksiyon ünitesinden atılan asetik asit miktarının kütlece toplam atıkların %2' sinden az olması) ait spesifikasyona haiz olmadıklarından ekonomik olarak değerlendirilmemişlerdir. Adı geçen sistemlerin proses edileceği ekstraktör ve distilasyon kulesine ait tasarım parametrelerinin hesaplanması ASPEN PLUS adlı, kimya mühendisliği tasarım ve uygulamalarına yönelik bir bilgisayar programı vasıtası ile yürütülmüştür. iiÇalışmanın sonraki aşamalarında, adı geçen sistemlerin hesaplanan teknik spesifikasyonları kullanılarak, üretimin gerçekleşeceği tesislerin ilk yatırım harcamaları ve işletme giderleri hesaplanmıştır. Elde edilen değerler kullanılarak anılan sistemlerin dört ayrı metoda göre karlılık analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak, siklohekzil asetatı solvent olarak kullanan sisteme ait gerek ilk yatırım gerekse işletme masraflarının teorik olarak öngörüldüğü gibi, alçak kaynayan solvent kullanan sistemlere nisbetle daha düşük olduğu ortaya çıkmıştır. iii

ABSTRACT Obtaining acetic acid from its aqueous solutions is possible with the extraction of this compound by an organic solvent. Recovery of the solvent necessitates the distillation of the acetic acid-solvent mixture, containing acetic acid of low concentrations in general. In the case distillate is the solvent, energy consumption reaches significant amounts. If acetic acid could be obtained from as the top product, the energy consumption will decrease significantly. It is claimed that the total process containing distillation operation with relatively low energy consumption could be carried out by an extractor which is technoeconomically reasonable. In this master thesis, it is aimed to determine the economic impact of using a high-boiling solvent for the extraction of aqueous acetic acid solvent solutions. Cyclohexyl acetate, which has been determined as the appropriate solvent by the previous experimental research, is compared with two widely-used conventional low-boiling solvents, ethyl acetate and diisopropyl ether on an economic basis. In addition, vinyl acetate and methyl isobutyl ketone are tried in the low-boiling solvent case, but because of lack of possessing the sufficient technical constraint (having 2% or less acetic acid by weight in the waste stream of the extraction unit) they were not subjected to a further analysis. Design parameters of the extractor and the distillation tower in which the proposed systems will be processed, are computed by means of a computer program called ASPEN PLUS, which is widely-used in chemical industries' applications. xvIn the further steps of this master thesis, capital investment and operating expenses of the proposed systems are estimated by using the pre-determined technical design parameters. The systems are subjected to a profitability analysis according to four different methods. Finally, it is found that the system using cyclohexyl acetate as the solvent has significantly low capital investment as predicted theoretically, when compared with the low-boiling solvents.