Seperation of Benzene-methanol and xylene isomer mixtures by pervaporation

Abstract

VI ÖZET Bu çalışmada, ksilen izomerlerinin ve benzen-metanol karışımlarının ayrılmasında polietüen membran (zar) kullanarak pervaporasyon işlemi uygulanmıştır. Membranlardan 53 fim kalınlığa sahip olan düşük yoğunlukta olup, 110 um olan yüksek yoğunluktadır. Benzen-metanol sistemi için karışımların kompozisyonu ağırlıkça yüzde 5-55 benzen ve ksilen grubu için karışımların kompozisyonu ağırlıkça yüzde 20-80 p-ksilen olarak değişmiştir. Besleme sıcaklığı 25-45 °C arasında tutulmuştur. Vakum pompası ile 5 mmHg vakum sağlanmış ve membranın üzeri atmosfere acık tutulmuştur. Membrandan geçen ürün, sıvı azot ile soğutulan ürün toplama kapanlarında yoğuşturulmuştur. Karışımlar için, besleme kompozisyonu, sıcaklık ve membran kalınlığının geçirgenlik miktarı ve ayırma özelliklerine olan etkileri incelenmiştir. Ayrıca membranların molekül ağırlıkları belirlenmiştir. Besleme ve ürün kompozisyonları gaz kromatografi ve refraktometre ile belirlenmiştir, önceki çalışmada ikili karışımlar için hazırlanan bilgisayar programım kullanabilmek amacı ile iki sıcaklık için emme deneyleri yapılmıştır ve katsayıları hesaplanmıştır. Sonuçlar geçirgenliğin sıcaklıkla eksponensiyei olarak arttığım ve seçiciliğin azaldığım göstermektedir. Bileşenlerin membran tarafından emilmesi de sıcaklıkla artmaktadır. Sıcaklık etkisine ilave olarak membran kalınlığı da ayırım sonuçlarım etkilemiştir. Seçiciliğin doğru ve geçirgenliğin ters orantılı olarak değiştiği gözlenmiştir. En yüksek geçirgenlik 53 um membran ve en yüksek seçicilik ise 110 um membran ile gerçekleşmiştir. Sistemin çalışmasını sağlayan vakumun yüksek ve sabit tutulması prosesin performansını önemli ölçüde etkilemektedir. Benzen ile metanol'ün kaynama noktalan oldukça farklı, ksilen izomerlerinin kaynama noktalan ise çok yakındır. Bu nedenle ikinci grupta tercih edilen bileşiği (p- ksilen) ayırmak birinci gruptaki benzenin ayrılmasına oranla daha zordur. Burada membran teknolojisi kullanım üstünlüğünü kaynama noktası aynı olan karışımların ayrılmasında göstermektedir.

IV ABSTRACT în this study, pervaporation process was applied for the separation of benzene- methanol mixtures and xylene isomers using 53 um low density and 1 10 um high density homogeneous polyethylene membranes. The compositions of the feed mixtures ranged within 5-55 (wt-% benzene) for benzene-methanol system and 20-80 (wt-% p-xylene) for xylene mixtures. Feed temperatures were in the range of 25-45 °C. A downstream pressure of 5 mmHg was maintained, the upstream side of the pervaporation cell was open to the atmosphere. The permeated product was condensed in the product collection traps cooled by liquid nitrogen. For mixtures, the effect of feed composition, temperature and membrane thickness on permeation rates and separation characteristics were determined. The molecular weights of the polymers were also investigated. The composition of the îesd and the product mixtures were determined by Gas Chromatograph and a Refractometer. In order to use the computer program developed for the binary mixtures in a previous work, sorption experiments for two temperatures were carried out to calculate sorption coefficients in addition to the separation results. The results showed that the permeability increases exponentially and selectivity decreases with an increase in temperature. It was also observed thai the sorption of all components by the membrane increased with temperature. In addition to the temperature effect, membrane thickness effected the separation results. Selectivity was directly and permeability was inversely proportional to membrane thickness. The highest permeation resulted with the 53 um membrane and highest selectivity with the Îİ0 um for both systems. The most important driving force was the downstream pressure and the performance of the process depended strongly on the maintenance of a stable vacuum. The boiling points of benzene and methanol differ by degrees, whereas xylene isomers have close boiling points. It is thus more difficult to separate the preferential component (p-xylene) in the second system as compared to the first system where benzene was the preferential component. Here the usage of membrane technology shows its superiority for separating mixtures with essentially the same boiling points.