Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Moheb,Shapoor Roodpeyma
احمد محب (استاد راهنما) شاپور رودپیما (استاد راهنما)
 
STUDENT
Elham Ameri yazdi
الهام عامری یزدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1382

TITLE

A Study of the Effect of the Vapor Permeation Process on the Enhancement of Isopropyl Propionate Production Reaction
In this study, the esterification of isopropanol and propionic acid, in a system coupled with the vapor permeation process was investigated. For this purpose, two different commercial membranes, a tubular NaA zeolite membrane and a flat polymeric membrane (PERVAP ® 2201), were used in the vapor permeation module to remove water from the reaction atmosphere during the synthesis of isopropyl propionate. The reaction was carried out in a batch reactor using 3 wt.% (relative to propionic acid) of para toluene sulfonic acid (PTSA) and 3, 4, 10 and 12 wt.% of Amberlyst 15 as catalyst. Adding the membrane process with both the zeolite and polymeric membranes significantly increased acid conversion during the reaction. For example, for the reaction with PTSA as catalyst, the equilibrium conversion without using membrane process, reached about 72% at the alcohol/acid molar ratio of 1.5:1. But, adding the membranes process to the system for simultaneous selective water removal form reaction media gave complete acid conversion in a reasonable shorter time. Study on the effect of alcohol/acid molar ratio with three different values of 1:1, 1.5:1 and 3:1 showed that this ratio had considerable effect on the acid conversion and on the amount of remained water in the reaction mixture during the process. The highest reaction rate was seen for alcohol/acid molar ratio of 1.5:1 for all configurations of the membranes and catalysts. However, increasing this ratio from 1.5:1 to 3:1 did not make a positive effect on the reaction conversion, but rather decreased it. The effect of catalyst loading was investigated by varying the catalyst weight of Amberlyst 15 from 3 to 12 wt.%. It was found that increasing catalyst loading had a significant positive effect on the acid conversion, which was in agreement with the findings of other researchers. In general, in the hybrid process with high acid conversion, the zeolite membrane showed superior results, due to the swelling effects for the polymeric membrane at aqueous mixture. Moreover, based on the mechanism of the esterification reaction, extra acid conversions were obtained by using PTSA as the catalyst. For example, at the same experimental conditions, using 3 wt.% of Amberlyst 15 and PTSA as catalysts, gave 50% and nearly 100% of acid conversions after 180 and 140 minutes from beginning of the process, respectively. No specific trend was observed in the results obtained for the separation factors. This was due to the fact that separation factor in the coupled process was affected by two phenomena of reaction and separation. These two processes are influenced by some parameters such as the rate Keywords : Esterification, Membrane Reactor, Zeolite Membrane, PERVAP ® 2201, Isopropyl propionate.
در دهه های اخیر فرآیندهای غشایی به مانند تراوش تبخیری و نفوذ بخار به منظور آبزدایی محلولهای آلی و همچنین جداسازی ترکیبات فرار آلی جایگاه خاصی را در بین عملیات جداسازی در صنایع مختلف به خود تخصیص داده اند. علاوه بر این، همراه کردن واکنش های تعادلی به مانند استری شدن با فرآیند جداسازی غشایی نفوذ بخار و تراوش تبخیری موجب دسترسی به درصد تبدیل بالاتر میشود. در این تحقیق فرآیند استریفیکاسیون ایزوپروپیل الکل و پروپیونیک اسید همراه با فرآیندغشایی نفوذ بخار با کاربرد دو نوع غشائ متفاوت، یکی زئولیتی NaA به شکل استوانه ای و دیگری غشاء مسطح پلیمری با نام تجاری PERVAP ® 2201 مورد بررسی قرار گرفت. در این فرآیند غشاء با دفع آب از محیط واکنش موجب افزاش درصد تبدیل اسید شد. به منظور تسهیل واکنش استری شدن از دو نوع کاتالیست استفاده گردید. بدین منظور پارا تولوئن سولفونیک اسید به مقدار 3درصد وزنی و همچنین آمبرلیست 15 در 4 مقدار 3 ، 4 ، 10 و12 درصد وزنی نسبت به اسید اولیه مصرفی به مخلوط واکنش اضافه شدند. نتایج نشان داد ترکیب کردن فرآیند نفوذ بخار با کاربرد هر یک از دو نوع غشای موجب افزایش درصد تبدیل اسید میشود. به عنوان مثال با کاربرد کاتالیست پاراتولوئن سولفونیک اسید و مقدار نسبت الکل به اسید 5/1:1 هنگامیکه از فرآیند غشایی استفاده نگردید، درصد تبدیل تعادلی نزدیک به 72 % حاصل گشت، در حالیکه در فرآیند ترکیبی با کاربرد غشاء زئولیتی و یا غشاء پلیمری تبدیل کامل در زمان های کوتاهی بدست آمد. بررسی تاثیر نسبت مولی الکل به اسید بر فرآیند واکنش در سه نسبت مولی (1:1 ، 5/1:1 و 1:3 ) انجام گرفت. نتایج نشان داد نسبت مولی الکل به اسید تاثیر بسزایی بر واکنش دارد و بیشترین مقدار درصد تبدیل در فرآیندهای بررسی شده با کاربرد غشاها و کاتالیست های مختلف به ازای نسبت الکل به اسید 5/1:1 بدست می آید. علاوه براین افزایش نسبت مولی الکل به اسید از 5/1:1 به 1:3 به مانند آنچه در فرآیند واکنش محض مشاهده شده نه تنها باعت افزایش درصد تبدیل نمی گردد، بلکه افزودن فرآیند غشایی کنار واکنش موجب معکوس شدن اثر فوق میشود. تاثیر مقدار بار کاتالیست بر میزان پیشرفت واکنش در محدوده ی 3 تا 12 درصد وزنی نسبت به وزن اسید اولیه مصرفی برای کاتالیست آمبرلیست صورت گرفت. همانطور که در تحقیقات دیگر محققین نیز مشاهده شده، افزایش مقدار کاتالیست مصرفی تاثیر مثبت بر فرآیند واکنش دارد. بررسی تاثیر نوع غشاء بر واکنش نشان داد که عملکرد غشاء پلیمری در فرآیندهای ترکیبی با مقدار درصد تبدیل اسید بالاتر به علت افزایش اثر تورم غشاء پلیمری در محیط های غنی تر از آب تضعیف میشود. همچنین مطالعه ی نتایج نشان داد، پیشرفت واکنش در فرآیند هایی که در آنها از کاتالیست آمبرلیست استفاده شده کمتر می باشد. به عنوان مثال کاربرد کاتالیست آمبرلیست 15 و پارا تولوئن سولفونیک اسید به مقدار 3 درصد وزنی تحت شرایط آزمایشی یکسان موجب بدست آمدن مقادیر درصد تبدیل به ترتیب برابر با 50 و 100 درصد درطول مدت 180 و 140 دقیقه در طول فرآیند ترکیبی واکنش با کاربرد غشاء پلیمری میشود. بررسی مقادیر فاکتور جداسازی نشان داد این عامل رفتار قابل پیش بینی نداشته که علت آن می تواند به دلیل تاثیر پذیری این فاکتور از دو فرآیند واکنش و جداسازی باشد. کلمات کلیدی : استری شدن، راکتور غشایی، غشا زئولیتی، PERVAP 2201 ، ایزوپروپیل پروپیونات

ارتقاء امنیت وب با وف بومی