Pervaporasyon katalitik membran reaktörde etil asetat üretimine yönelik esterleşme reaksiyonunun incelenmesi

Abstract

Pervaporasyon, tersinir sıvı reaksiyonlarda dönüşümü arttırmak için kullanılabilen ideal bir prosestir. Pervaporasyon membran reaktörlerde reaksiyon ve ayırma birleşmiştir. Enerji tüketimi düşük, çevreci bir teknoloji olması sebebiyle tercih edilmektedir. Pervaporasyon katalitik membran reaktör uygulamaları, özellikle denge reaksiyonlarında oluşan ürün ya da ürünlerin kontrollü olarak uzaklaştırılması yoluyla dönüşümü arttırmak üzere yeni yeni kullanılan ayırma ve reaksiyonun bir arada gerçekleştirildiği sistemlerdir. Pervaporasyon katalitik membran reaktörde membran reaksiyonda görev almaktadır ve membran katalizör içeren bir madde ile kaplanmış ya da katalizör içeren bir maddeden yapılmıştır. Membran tabaka, karışımdaki bileşenlerden birinin seçici geçişine izin verir. Pervaporasyon katalitik membran reaktör genellikle yüksek reaksiyon seçiciliği ve yüksek verimlerde çalışır. Bu tez çalışmasında polimerik katalitik membran hazırlanmıştır. Katalizör olarak zirkonyum sülfat tetrahidrat kullanılmıştır. Polimer ise doğal bir polimer olan kitosandır. Reaksiyon olarak asetik asit ile etanolün esterleşme reaksiyonu seçilmiştir. Dönüşüm değerleri kesikli reaktör ve pervaporasyon katalitik membran reaktör ile karşılaştırılmıştır. Sıcaklığın, katalizör miktarının, başlangıç reaktan mol oranının ve membran alanının reaksiyon hacmine oranının; dönüşüm, akı ve seçicilik üzerine etkisi incelenerek yorumlanmıştır. Asetik asit ile etanolün esterleşme reaksiyonunda yapılan deneyler sonucu en ideal çalışma şartları 70oC sıcaklık, başlangıç reaktan mol oranı 1, katalizör miktarı 0,1 g, S/V=0,07 cm-1 olarak belirlenmiştir. Bu şartlarda dönüşüm %85, toplam akı 0,1106 g/cm2.h, seçicilik ise 21 olarak elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Esterleşme reaksiyonu, Katalitik membran, Kitosan, Pervaporasyon katalitik membran reaktör

Pervaporation which is a ideal process to improve to reversible liquid reactions conversion. Pervaporation membrane reactor is combination of reaction and separation system. Since the energy consumption is low and environmentally process, it is preferred. The reaction is take place in the catalytic area of membrane and conversion of reaction is increase due to the selective removal of product by the membrane. Membrane at pervaporation catalytic membrane reactor is responsible for catalytic reaction. Membrane is made of substances which contain the catalyst or coated catalyst. The membrane allows of selective permeation of a component in reaction mixture. Pervaporation catalytic membrane reactor is usually worked with high reaction selectivity and high yield. In this work, polymeric catalytic membrane has been prepared. Zirconium sulfate tetrahydrate has been used as catalyst. Polymer is chitosan which is a natural polymer. The esterification reaction of acetic acid with ethanol which is equilibrium reaction has been selected. Conversion values have been compared with batch reactor and pervaporation catalytic membrane reactor. Temperatures, amount of catalyst, molar feed ratio, ratio of effective membrane area to reaction volume have been examined and interpreted the effect of flux, selectivity and conversion. The ideal working condition for the esterification of ethanol with acetic acid; the reaction temperature is 70oC, the molar feed ratio is 1, amount of catalyst is 0.1 g and ratio of effective membrane area to reaction volume is 0.07 cm-1. Conversion of reaction 85%, total flux 0.1106 g/cm2.h and selectivity 21 was found under these conditions.Key Words: Esterification reaction, Catalytic membrane, Chitosan, Pervaporation catalytic membrane reactor