Organic liquid mixture separations by pervaporation

Abstract

VI ÖZET Bu çalışmada benzen-n-hekzan ve toluen-n-nekzan Karışımlarının saflaştırılması için 20 pm ve 27 ym polletilen zarlar kullanılarak pervaporasyon tekniği ile deneyler yapılmıştır. çalışmada kullanılan ikili sistemler 20-60 (ağırlık} Karışımları olup ayırımlar 25-45 c sıcaklıklarda yapılmıştır. Deneylerde zar üstü atmosfere açık olup, zar altı basınç ise 10 mm Hg'da tutulmuştur. Pervaporasyon deneylerine ek olarak saf maddeler Kullanılarak bunların zardan geçiş Hızları ve zarda emiliş miktarları da belirlenmiştir. Deney aletinde (pervaporatör) zardan geçmiş maddeyi tutmak için. Kuru buz/aseton sıcaklığında iki adet soğuk Kapan Kullanılmıştır. Elde edilen veriler tüm maddelerin zan oluşturan polimerdeki emilme miktarlarının sıcaklık ile arttığını ve en yüksek emilme değerinin toluen'e C17.2 g/100 g polimer) ve en az emilme değerinin de n-hekzan'a (8.6 g-100 g polimer) ait olduğunu göstermiştir. Benzer sekilde zardan geçiş Hızlarının da en fazla toluen için ve de en az da n-hekzan için olduğu görülmüştür. Ayrıca, deney sonuçlarından sıcaklık arttıkça zar geçirgenliğininVX1 arttığı ancak bu durumda zar ayrım seçiciliğinin azaldığı görülmüştür, ikili karışımlar açısından bakıldığında toluen ve benzen'in, n-hekzan'a Kıyasla zardan daha hızlı geçtiği gözlenmiş ve en yüksek zar seçicilik değerleri toluen-n-hekzan ikilisi için 3.6 ve toenzen-n-hekzan ikilisi için ise 1,9 olarak belirlenmiştir. Deney sonuçlarından zar geçirgenliğinin zar Kalınlığı ile ters orantılı olduğu ve işlem veriminin zar altı basınçtan Kuvvetle etkilendigi görülmüştür. Pervaporasyon tekniğinin temellerini dana iyi anlayabilmek için deneysel sonuçlar matematik model çalışmalarında da kullanılmıştır. Bu amaçla temelde Mülder tarafından önerilmiş olan ve sıvıların birbirleri ile ve aynı zamanda zarı oluşturan polimerle etkileşmelerini içeren bir model kullanılmıştır. Bu çalışmada kullanılan haliyle model hesaplarında, Mulder tarafından önerildiği şekliyle zar içindeki sıvı konsantrasyonları deneyler sonucu elde edilmiş Konsantrasyon profilleri Kullanılmamış, Dunların yerine su çalışmada geliştirilen hesap yöntemi ile bulunan zar içi Konsantrasyon profilleri kullanılmıştır zar içindeki sıvı Konsantrasyon profillerinin bulunabilmesi için zar-sıvı ve zar-tounar sisteminin dengede oldukları kabulü geliştirilen hesap yönteminin temelindeki varsayımdır.

IV ABSTRACT In this study, pervaporat ion was used to separate benzene-n-hexane and toluene-n-hexane binaries through 20 and 27 jim polyethylene membranes. The binary compositions ranged within 20-80 %(w) for both systems, The separation temperatures! were in the 25-45c'C range. The downstream pressure on the membrane was kept at 10 mm Hg, the upstream side of the membrane being open to the atmosphere. Pure component pervaporat i on and membrane sorption experiments were also conducted. The pervaporator used had two dry ice/acetone cooled traps to catch the material which passed through the membrane. The data showed that the sorption of all components by the membrane increased with temperature, toluene showing the maximum (17.2 g/100 g) and n-hexane showing the minumum (8.6 g/100 g> solubility. Similarly toluene had the highest and n-hexane the lowest flux through the polyethylene membranes used. Furthermore, the results showed that the permeability increases exponentially and selectivity decreases with an increase in temperature. In the case of binary mixture pervaporat ion, toluene andbenzene were the preferentially permeating components as compared to their n-hexane partner in the binaries. The highest separation factor obtained for the toluene-n- hexane.binary was 3.6 and for the benzene-n-hexane binary was 1.9. It was also observed that permeabilities are inversely proportional to membrane thickness and the performance of the process depends strongly on the downstream pressure. Experimental results were used in modelling studies of pervaporation to gain a better understanding of the pervaporation fundamentals. The model used was a modified version of the Mulder et al. model which incorporates the interactions between the permeating molecules as well as the permeating liquid and the membrane. This model was employed using calculated inter-membrane concentrations rather than experimentally determined concentration profiles as required by the original model. The assumption of system equilibrium at the membrane-liquid and membrane-vapor interface was made to be able to calculate the inter-membrane concentrations via this modification to the Mulder et al. model.