Pervaporasyon biyokatalitik ve katalitik membran reaktör ile etil laktat üretimi

Abstract

Gelişen teknoloji ile birlikte kimyasal süreçlerde ürün verimi kadar enerji yönetimi ve kullanılan kimyasal niteliği de önem taşımaya başlamıştır. Özellikle çevresel sebeplerin önem kazandığı günümüzde, süreçlerin, üretilen ürünlerin ve kullanılan hammaddelerin `yeşil kimyasal ve yeşil süreç` özelliği taşıması gerekmektedir. Bu nedenle araştırmalar daha güvenli ve yeşil süreç tasarımı ile birlikte, daha yeşil ürün üretimi konularında yoğunlaşmıştır. Bu amaç doğrultusunda, bu tez çalışmasında birçok zararlı kimyasal yerine kullanılabilen etil laktatın, yeşil süreç olarak nitelendiren, pervaporasyon biyokatalitik membran reaktör ve pervaporasyon katalitik membran reaktörler ile üretilmesi gerçekleştirilmiştir. Pervaporasyon biyokatalitik membran reaktör sisteminde etil laktat üretimi için, Candida antarctica, rhizomucor miehei ve thermomyces lanuginosus mikroorganizmalarından elde edilmiş enzimlerinin sodyum aljinat membranına tutuklandığı üç farklı biyokatalitik membran hazırlanmıştır. Pervaporasyon katalitik membran reaktörde ise, borik asit kaplı karboksimetil selüloz katalitik membranlar ve kendiliğinden reaktif poli (stiren sulfonik asit) ve poli(stiren sulfonik asit ko maleik asit) fonksiyonel gruplu membranları üretilmiştir. Tez süresince, enzim ve katalizör yükleme oranları, reaksiyon çalışma sıcaklıkları, alkol:asit besleme oranları gibi operasyon parametrelerinin reaksiyon dönüşümüne, akı ve seçiciliğe etkileri incelenmiştir. Elde edilen veriler benzer şartlarda gerçekleştirilen kesikli reaktörlerde alınan sonuçlarla karşılaştırılarak sistemin etkinliği belirlenmiştir. Buna göre hem lipaz tutuklu, hem borik asit kaplı hem de fonksiyonel gruplu membranlar ile klasik kesikli reaktörlerde elde edilen laktik asit dönüşümünün iki katına, çok daha kısa sürede ulaşılmıştır. Ayrıca katalitik membranlarla elde edilen sonuçlar ile kinetik model çalışması yapılmıştır ve deneysel sonuçlarla model sonuçlarının uyum içerisinde olduğu gözlenmiştir.

Recently, energy management in chemical process and the quality of the consumed chemicals have become important as well as the efficiency of the product. Especially, in the world where the environmental problems came up to light, production process, final product, raw materials should have `green` properties. Therefore the academic investigations have focused on the more safety, green and efficient process design. In accordance with this purpose ethyl lactate used instead of many hazardous chemicals was produced by using a green pervaporation biocatalytic membrane reactor and pervaporation catalytic membrane reactorLipases synthesised from Candida antarctica, rhizomucor miehei and thermomyces lanuginosus microorganism were loaded a sodium alginate membrane and three different biocatalytic membrane were prepared to be used in pervaporation biocatalytic membrane reactor. Boric acid loaded carboxymethyl cellulose catalytic membrane, reactive poly(styrene sulfonic acid) and poly(styrene sulfonic acid co-maleic acid) membranes were prepared for using in pervaporation catalytic membrane reactor. During the thesis period, effects of catalyst loading, temperature, initial feed molar ratio on reaction conversion, flux and selectivity were investigated. The conversion results of these systems were compared to the results that were obtained from batch reactor. It was evaluated that the almost double lactic acid conversion results were obtained in pervaporation aided reactors compared to batch reactor.Morever, a kinetic study was performed in catalytic membrane and it was observed thar the model results and experimental results were in good agreement.