RU2432984C1 - Method of extracting and concentrating organic substances from aqueous media - Google Patents
Method of extracting and concentrating organic substances from aqueous media Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432984C1 RU2432984C1 RU2010115210/05A RU2010115210A RU2432984C1 RU 2432984 C1 RU2432984 C1 RU 2432984C1 RU 2010115210/05 A RU2010115210/05 A RU 2010115210/05A RU 2010115210 A RU2010115210 A RU 2010115210A RU 2432984 C1 RU2432984 C1 RU 2432984C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- concentration
- membrane
- separation
- permeate
- butanol
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области химии, а именно разделения жидких смесей, и может применяться в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. При этом применение мембранной технологии позволяет не только решать технологические задачи, но и предотвращать экологические проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды.The invention relates to the field of chemistry, namely the separation of liquid mixtures, and can be used in various industries and agriculture. At the same time, the use of membrane technology allows not only solving technological problems, but also preventing environmental problems associated with environmental pollution.
Одним из мембранных процессов разделения жидких смесей, еще ограниченно применяемым в промышленных масштабах, является первапорация. Процесс первапорации позволяет эффективно разделять различные водно-органические смеси (осушку органических растворителей и очистку сточных вод) и смеси органических веществ. Перспективность первапорации связана как с актуальностью решаемых задач, так и с высокой эффективностью процесса первапорации по сравнению с другими процессами разделения, с возможностью разделения азеотропных смесей, малой энергоемкостью, безреагентностью и компактностью оборудования.One of the membrane processes of separation of liquid mixtures, still limitedly used on an industrial scale, is pervaporation. The pervaporation process allows you to effectively separate various aqueous-organic mixtures (drying of organic solvents and wastewater treatment) and mixtures of organic substances. The prospectivity of pervaporation is related both to the relevance of the tasks being solved and to the high efficiency of the pervaporation process compared to other separation processes, with the possibility of separation of azeotropic mixtures, low energy consumption, non-reactivity and compactness of equipment.
Первапорация представляет собой процесс мембранного разделения жидкостей, при котором разделяемая смесь (питающий поток) приводится в контакт с одной стороной селективно проницаемой непористой мембраны, а проникшие через мембрану компоненты (пермеат) удаляются в виде пара с ее обратной стороны.Pervaporation is the process of membrane separation of liquids, in which the separated mixture (feed stream) is brought into contact with one side of a selectively permeable non-porous membrane, and the components (permeate) penetrated through the membrane are removed as vapor from its back side.
Чаще всего на практике движущей силой процесса является градиент активности, который достигается искусственным понижением давления паров разделяемой жидкой смеси с обратной стороны мембраны одним из методов:Most often, in practice, the driving force of the process is the activity gradient, which is achieved by artificially lowering the vapor pressure of the separated liquid mixture from the back of the membrane using one of the methods:
- либо вакуумированием;- either by evacuation;
- либо сдувкой паров проникающей смеси инертным газом;- either by blowing off the vapor of the penetrating mixture with an inert gas;
- либо конденсацией на поверхности охлаждаемого теплообменника.- either by condensation on the surface of the cooled heat exchanger.
Только мерный метод нашел применение (по экономическим соображениям) в крупных первапорационных установках (по крайней мере, для процессов обезвоживания органических растворителей), когда пермеат непрерывно конденсируется в вакуумируемом охлаждаемом теплообменнике и выводится из системы (В.В.Волков. Разделение жидкостей испарением через полимерные мембраны. Изв. Академии наук. Серия химическая, 1994, №2, с.208).Only the measured method has found application (for economic reasons) in large pervaporation units (at least for the processes of dehydration of organic solvents), when the permeate is continuously condensed in an evacuated cooled heat exchanger and removed from the system (VV Volkov. Separation of liquids by evaporation through polymer membranes. Izv. Akademii Nauk. Chemical series, 1994, No. 2, p.208).
Однако основным недостатком вакуумной первапорации является применение специального оборудования, аппаратов, насосов для создания вакуума, что делает процесс сложным. Кроме того, вакуумирование - это процесс энергоемкий. Оба этих обстоятельства делают процесс вакуумной первапорации дорогостоящим и сложным с точки зрения аппаратурного оформления.However, the main disadvantage of vacuum pervaporation is the use of special equipment, devices, pumps to create a vacuum, which makes the process difficult. In addition, evacuation is an energy-intensive process. Both of these circumstances make the vacuum pervaporation process expensive and complicated in terms of hardware design.
Два других метода чаще используются в лабораторных исследованиях.Two other methods are more commonly used in laboratory research.
Так, например, известен способ концентрирования растворов водорастворимых органических веществ и устройство для его осуществления (пат. JP 2005177535 (А), МПК B01D 63/00, опубл. 2005.07.07), основанный на использовании тепловой энергии с помощью разделительной мембраны с ограниченной площадью. Данный способ заключается в двух последовательных стадиях концентрирования паров в пароразделительном модуле и последующем первапорационном разделении в первапорационном модуле. Сначала в пароразделительном модуле разделяют пар, который получают дистилляцией исходной смеси, затем обогащенную по целевому компоненту смесь обогащают в первапорационном модуле, получая в качестве конечного продукта высококонцентрированный раствор органического вещества в воде.For example, there is a known method for concentrating solutions of water-soluble organic substances and a device for its implementation (US Pat. JP 2005177535 (A), IPC B01D 63/00, publ. 2005.07.07), based on the use of thermal energy using a separation membrane with a limited area . This method consists of two successive stages of vapor concentration in the vapor separation module and subsequent pervaporation separation in the pervaporation module. First, steam is separated in the steam separation module, which is obtained by distillation of the initial mixture, then the mixture enriched in the target component is enriched in the pervaporation module, obtaining as a final product a highly concentrated solution of organic matter in water.
Однако описанное техническое решение, хотя и достигает в конечном итоге высокой концентрации целевого компонента в растворе, не является оптимальным в решении поставленной задачи, так как в процессе концентрирования вещества присутствует стадия дистилляции исходной смеси, которая является крайне энергоемким процессом и, следовательно, снижает рентабельность концентрирования.However, the described technical solution, although it ultimately reaches a high concentration of the target component in the solution, is not optimal in solving the problem, since in the process of concentration of the substance there is a stage of distillation of the initial mixture, which is an extremely energy-intensive process and, therefore, reduces the profitability of concentration .
Известен способ разделения жидких смесей, паровых или парогазовых смесей, описанный в патенте EP 218019, B01D 61/36, 15.04.1987, методом термопервапорации с применением композиционной мембраны, в которой верхним селективным непористым слоем является гидрофильный полимер (ацетат целлюлозы, полисульфон или поливиниловый спирт), который в свою очередь нанесен на гидрофобную полимерную пористую подложку. Способ используют для выделения и концентрирования воды из водно-органических смесей, и он является наиболее близким аналогом.A known method of separating liquid mixtures, steam or vapor-gas mixtures described in patent EP 218019, B01D 61/36, 04/15/1987, by thermal vaporization using a composite membrane, in which the upper selective non-porous layer is a hydrophilic polymer (cellulose acetate, polysulfone or polyvinyl alcohol ), which in turn is deposited on a hydrophobic polymer porous substrate. The method is used to isolate and concentrate water from aqueous-organic mixtures, and it is the closest analogue.
Основным его недостатком является то обстоятельство, что конденсация пермеата проводится в поток охлаждающей жидкости, обязательным требованием к которой является отсутствие ее затекания в поры гидрофобной пористой подложки. Тем не менее, частичный перенос с водой органического компонента приводит к увеличению сродства сконденсированного пермеата к материалу пористой подложки и, как следствие, к затеканию и заполнению порового пространства подложки смесью охлаждающей жидкости и пермеата, что приводит к снижению массообменных характеристик мембраны и невозможности использования этого способа для выделения и концентрирования органических веществ.Its main disadvantage is the fact that the condensation of permeate is carried out in the flow of coolant, a mandatory requirement for which is the absence of its flowing into the pores of a hydrophobic porous substrate. However, the partial transfer of the organic component with water leads to an increase in the affinity of the condensed permeate to the material of the porous substrate and, as a result, to leak and fill the pore space of the substrate with a mixture of coolant and permeate, which leads to a decrease in the mass transfer characteristics of the membrane and the inability to use this method for the isolation and concentration of organic substances.
Известен способ для выделения растворенного компонента с использованием паропроницаемой мембраны и последующей конденсации пара на охлаждаемой стенке, описанный в патенте US 3563860, B01D 1/22, 1971. При этом мембрана пропускает только один компонент разделяемой смеси (вторым обычно являются соли или ПАВ, которые не переходят в газовую фазу). Способ реализуется с помощью установки, состоящей из камеры, закрытой с обеих сторон мембраной. Через нее циркулирует горячий поток жидкости, из которой должен быть выделен желаемый компонент, например водяной пар. Установка содержит также камеру, закрытую с обеих сторон водонепроницаемой теплопроводной стенкой. Через эту камеру циркулирует охлаждающая жидкость, в качестве которой может быть использована жидкость, подлежащая обработке. Между этими камерами размещена камера сбора дистиллята, одной стенкой которой является указанная мембрана, пропускающая пар, а другой указанная водонепроницаемая теплопроводная стенка, на которой конденсируется пар. Горячий и холодный потоки жидкости из распределительных трубопроводов, соединенных соответственно с теплообменником и насосом холодной воды, параллельными потоками подаются в каждую соответствующую камеру и противоточно циркулируют в них.There is a method for isolating a dissolved component using a vapor-permeable membrane and subsequent condensation of steam on a cooled wall, described in US patent 3563860, B01D 1/22, 1971. In this case, the membrane passes only one component of the mixture to be separated (the second is usually salts or surfactants that are not go into the gas phase). The method is implemented using an installation consisting of a chamber closed on both sides by a membrane. A hot liquid stream circulates through it, from which the desired component, for example water vapor, must be isolated. The installation also contains a chamber, closed on both sides by a waterproof heat-conducting wall. Coolant circulates through this chamber, which can be used as the fluid to be processed. Between these chambers there is a distillate collection chamber, one wall of which is a specified membrane that passes steam, and the other is a specified waterproof heat-conducting wall on which steam condenses. Hot and cold liquid flows from distribution pipelines connected respectively to a heat exchanger and a cold water pump are supplied in parallel flows to each respective chamber and circulate countercurrently in them.
Область применения описанного технического решения ограничена, поскольку практически невозможно подобрать мембрану, пропускающую только один компонент раствора. Данный метод применяется в основном для опреснения воды, поскольку растворенные в воде соли не переходят в пар. Однако для выделения и концентрирования органических соединений из водных сред он не применим.The scope of the described technical solution is limited, since it is almost impossible to choose a membrane that passes only one component of the solution. This method is mainly used for desalination of water, since salts dissolved in water do not pass into steam. However, for the isolation and concentration of organic compounds from aqueous media, it is not applicable.
Известно, что с помощью асимметричной поливинилтриметилсилановой (ПВТМС) мембраны можно проводить термопервапорационное разделение неорганических веществ, в том числе летучих кислот, если ПВТМС мембрану модифицировать в плазме низкочастотного тлеющего разряда в атмосфере воздуха (А.Б.Гильман, И.Б.Елкина, В.В.Угров, В.В.Волков. Плазмохимическая модификация поливинтриметилсилановой мембраны для термопервапорации. Химия высоких энергий, 1998, том 32, №4, с.305-309).It is known that using an asymmetric polyvinyltrimethylsilane (PVTMS) membrane, thermo-vaporization separation of inorganic substances, including volatile acids, can be carried out if the PVTMS membrane is modified in a plasma of a low-frequency glow discharge in an atmosphere of air (A. B. Gilman, I. B. Elkina, V. .V. Ugrov, VVVolkov. Plasma-chemical modification of the polyvinyltrimethylsilane membrane for thermal vaporization. High Energy Chemistry, 1998, Volume 32, No. 4, p.305-309).
Но описанный способ не пригоден для выделения и концентрирования органических веществ из водных сред, так как поверхность плазменно модифицированной ПВТМС мембраны приобретает гидрофильные свойства и применима только для выделения воды.But the described method is not suitable for the isolation and concentration of organic substances from aqueous media, since the surface of a plasma-modified PVTMS membrane acquires hydrophilic properties and is applicable only for the isolation of water.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, описанный в работе E.S.Fernandez, P.Geerdink, E.L.V.Goether, Desalination, 2010, V.250, p.1053-1055, согласно которому описано применение термопервапорации с целью эффективного возврата тепла в процессе первапорационного разделения путем использования теплоты конденсации пермеата для прямого нагрева потока разделяемой смеси (питающего потока). Мембранный модуль состоит из мембранной камеры с разделительной мембраной и камеры конденсации с непроницаемой пластиной, на которой осуществляется конденсация пермеата. Мембранная камера и камера конденсации расположены близко друг от друга (расстояние - 2 мм) таким образом, что мембрана находится напротив непроницаемой пластины. Между камерами имеется воздушный зазор, который позволяет удалять сконденсированный пермеат с непроницаемой пластины. Поток исходной разделяемой смеси (питающий поток) подается при температуре 
С точки зрения задач выделения и концентрирования органических веществ из водных сред основным недостатком описанного способа являются недостаточно высокие значения потока пермеата до 0,5 кг/м2 ч и фактор разделения около 3.From the point of view of the tasks of separation and concentration of organic substances from aqueous media, the main disadvantage of the described method is the insufficiently high values of permeate flow up to 0.5 kg / m 2 h and a separation factor of about 3.
Кроме того, поток пермеата 0,5 кг/м2 ч получен при концентрации более 50% этанола в смеси этанол-вода, в то время как известно, что первапорация используется только в случае, когда через мембрану селективно проникает компонент с малым содержанием в разделяемой смеси (N.Winn, Chem. Eng. Prog. 2001, V.97, p.66-72). Это связано с тем, что на проницаемость пермеата через мембрану необходимо затратить скрытую теплоту испарения для перевода пермеата из жидкого в парообразное состояние. Однако при снижении концентрации этанола в смеси этанол-вода до 10%, как указывают авторы работы, поток пермеата снижается до значений ниже 0,2 кг/м2ч.In addition, a permeate flux of 0.5 kg / m 2 h was obtained at a concentration of more than 50% ethanol in an ethanol-water mixture, while pervaporation is known to be used only when a component with a low content in the separation is selectively penetrated through the membrane. mixtures (N. Winn, Chem. Eng. Prog. 2001, V.97, p. 66-72). This is due to the fact that the latent heat of evaporation must be spent on the permeate permeability through the membrane to transfer the permeate from a liquid to a vapor state. However, when the ethanol concentration in the ethanol-water mixture is reduced to 10%, as the authors of the work indicate, the permeate flow decreases to values below 0.2 kg / m 2 h.
Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа выделения и концентрирования жидких органических веществ из водных сред простым и эффективным методом термопервапорации, обеспечивающего аналогичную селективность разделения и массоперенос выделяемого целевого компонента, как и в условиях вакуумной первапорации.The objective of the invention is to develop a method for the isolation and concentration of liquid organic substances from aqueous media by a simple and effective method of thermal evaporation, providing the same selectivity for the separation and mass transfer of the selected target component, as in vacuum pervaporation.
Поставленная задача решается тем, что предложен способ выделения и концентрирования органических веществ из водных сред с помощью термоградиентного первапорационного разделения жидких смесей через мембрану, селективную по целевому компоненту, путем сбора паров пермеата конденсацией на твердой поверхности, температура которой ниже температуры разделяемой смеси, в котором в качестве материала мембраны используют поли(1-триметилсилил-1-пропин) общей формулыThe problem is solved in that a method for the separation and concentration of organic substances from aqueous media using a thermogradient pervaporation separation of liquid mixtures through a membrane selective for the target component, by collecting permeate vapor by condensation on a solid surface, the temperature of which is lower than the temperature of the separated mixture, in which the material of the membrane is poly (1-trimethylsilyl-1-propine) of the general formula
где n - число звеньев в цепи, молекулярной массой ММ=100800-1900000, а выделение и концентрирование органических веществ осуществляют при атмосферном давлении.where n is the number of links in the chain, molecular weight MM = 100800-1900000, and the selection and concentration of organic substances is carried out at atmospheric pressure.
Технический результат, который может быть получен от использования предлагаемого технического решения, заключается в увеличении потока пермеата и фактора разделения при выделении и концентрировании органических соединений из водных сред.The technical result that can be obtained from the use of the proposed technical solution is to increase the flow of permeate and the separation factor during the isolation and concentration of organic compounds from aqueous media.
Термопервапорационная установка состоит из термопервапорационного модуля (1) и двух контуров различной температуры. Схема установки приведена на фиг.1. Первый контур состоит из термостатируемой емкости с хладагентом (2), который циркулирует в контуре с помощью насоса (3). Второй контур состоит из термостатируемой емкости с разделяемой жидкостью (4) и перистальтического насоса (5), с помощью которого осуществляется циркуляция жидкости в контуре. В собранном состоянии две части ячейки разделены мембраной (6) и твердой поверхностью (7), между которыми поддерживается воздушный зазор 0,5-4,0 мм (8). В ходе эксперимента пары пермеата испаряются с поверхности мембраны и конденсируются на твердой поверхности. Конденсат стекает с твердой поверхности под действием силы тяжести и накапливается в емкости для сбора пермеата (модуль ориентируется таким образом, что мембрана и твердая поверхность конденсации располагаются вертикально).The thermo-vaporization unit consists of the thermo-vaporization module (1) and two circuits of different temperatures. The installation diagram is shown in figure 1. The first circuit consists of a thermostatically controlled tank with refrigerant (2), which circulates in the circuit using a pump (3). The second circuit consists of a thermostatic tank with a shared liquid (4) and a peristaltic pump (5), with which the fluid is circulated in the circuit. In the assembled state, the two parts of the cell are separated by a membrane (6) and a solid surface (7), between which an air gap of 0.5-4.0 mm (8) is maintained. During the experiment, permeate vapors evaporate from the membrane surface and condense on a solid surface. Condensate drains from a solid surface under the action of gravity and accumulates in a container for collecting permeate (the module is oriented in such a way that the membrane and the solid surface of condensation are located vertically).
По разности масс емкости для сбора пермеата до и после проведения эксперимента определялась масса пермеата. Время проведения эксперимента составляет 4-6 часов.The permeate mass was determined from the mass difference of the container for collecting permeate before and after the experiment. The time of the experiment is 4-6 hours.
В случае термопервапорации бинарных водно-органических смесей концентрация исходной смеси и пермеата определялась рефрактометрически и методом газовой хроматографии.In the case of thermal vaporization of binary aqueous-organic mixtures, the concentration of the initial mixture and permeate were determined by refractometry and gas chromatography.
Состав многокомпонентных смесей анализировали методом газовой хроматографии при помощи хроматографа Кристаллюкс 4000 М с использованием пламенно-ионизационного детектора.The composition of multicomponent mixtures was analyzed by gas chromatography using a Crystallux 4000 M chromatograph using a flame ionization detector.
Общий поток пермеата определяют весовым методом по формуле:The total permeate flow is determined by the weight method according to the formula:
где m - масса пермеата (кг), проникшего через мембрану площадью S (м2) за время t (ч).where m is the mass of permeate (kg), penetrated through a membrane with an area of S (m 2 ) for a time t (h).
Фактор разделения α определяют по формуле:The separation factor α is determined by the formula:
где хо и хв - массовые доли органического компонента и воды соответственно в разделяемой смеси, а уо и ув - массовые доли органического компонента и воды соответственно в пермеате.where x o and x in are mass fractions of the organic component and water, respectively, in the mixture to be separated, and y o and y in are mass fractions of the organic component and water, respectively, in permeate.
Нижеследующие примеры иллюстрируют предлагаемое техническое решение, но никоим образом не ограничивают область его применения.The following examples illustrate the proposed technical solution, but in no way limit the scope of its application.
Примеры 1-4Examples 1-4
Проводят термопервапорационное выделение и концентрирование 1-бутанола из смеси 1-бутанол/вода с концентрацией 1-бутанола в разделяемом растворе, равной 2,0% масс., изменяя толщину воздушного зазора от 1,0 до 4,0 мм.Thermo-evaporation is carried out and 1-butanol is concentrated from 1-butanol / water with a concentration of 1-butanol in a separable solution equal to 2.0 wt%, changing the thickness of the air gap from 1.0 to 4.0 mm.
Температуру разделяемой исходной смеси поддерживают равной 60°С, а температуру конденсирующей поверхности - равной 15°С. Процесс ведут через ПТМСП мембрану (ММ=210000), толщина которой составляет 19 мкм.The temperature of the divided initial mixture is maintained equal to 60 ° C, and the temperature of the condensing surface is equal to 15 ° C. The process is conducted through a PTMSP membrane (MM = 210000), the thickness of which is 19 μm.
Результаты выделения и концентрирования 1-бутанола представлены в таблице 1.The results of the isolation and concentration of 1-butanol are presented in table 1.
Примеры 5-10Examples 5-10
Проводят термопервапорационное выделение и концентрирование 1-бутанола из смеси 1-бутанол/вода с концентрацией 1-бутанола в разделяемом растворе, равной 2,0% масс., через ПТМСП мембрану (ММ=450000), толщина которой составляет 19 мкм.Thermal pervaporation is carried out and 1-butanol is concentrated from 1-butanol / water with a concentration of 1-butanol in a separable solution equal to 2.0 wt% through a PTMSP membrane (MM = 450,000), whose thickness is 19 μm.
Температуру разделяемой исходной смеси изменяют от 41 до 74°С, при этом температуру конденсирующей поверхности поддерживают равной 15°С. Толщина воздушного зазора составляет 2 мм.The temperature of the shared initial mixture is changed from 41 to 74 ° C, while the temperature of the condensing surface is maintained equal to 15 ° C. The thickness of the air gap is 2 mm.
Результаты выделения и концентрирования 1-бутанола представлены в таблице 2.The results of the isolation and concentration of 1-butanol are presented in table 2.
Примеры 11-15Examples 11-15
Проводят термопервапорационное выделение и концентрирование 1-бутанола из смеси 1-бутанол/вода с концентрацией 1-бутанола в разделяемом растворе, равной 2,0% масс., при температуре разделяемой исходной смеси, равной 65°С, при этом температуру конденсирующей поверхности поддерживают равной 15°С. Выделение и концентрирование 1-бутанола осуществляют через ПТМСП мембрану (ММ=1200000), толщину которой изменяют от 4 до 60 мкм. Толщина воздушного зазора составляет 2 мм.Thermal pervaporation is carried out and 1-butanol is concentrated from 1-butanol / water with a concentration of 1-butanol in a separable solution equal to 2.0 wt%, at a temperature of the separable initial mixture equal to 65 ° С, while the temperature of the condensing surface is kept equal 15 ° C. Isolation and concentration of 1-butanol is carried out through a PTMSP membrane (MM = 1200000), the thickness of which is changed from 4 to 60 μm. The thickness of the air gap is 2 mm.
Результаты разделения, выделения и концентрации 1-бутанола представлены в таблице 3.The results of the separation, isolation and concentration of 1-butanol are presented in table 3.
Примеры 16-19Examples 16-19
Проводят термопервапорационное выделение и концентрирование 1-бутанола из смеси 1-бутанол/вода с концентрацией 1-бутанола в разделяемом растворе, равной 2,0% масс., через ПТМСП мембрану (ММ=630000), толщина которой составляет 40 мкм.Thermal pervaporation is carried out and 1-butanol is concentrated from 1-butanol / water with a concentration of 1-butanol in a separable solution equal to 2.0 wt% through a PTMSP membrane (MM = 630000), the thickness of which is 40 μm.
Температуру разделяемой исходной смеси поддерживают равной 40°С, но при этом температуру конденсирующей поверхности изменяют от 0,5 до 20,0°С. Толщина воздушного зазора составляет 2 мм.The temperature of the separated initial mixture is maintained equal to 40 ° C, but the temperature of the condensing surface is changed from 0.5 to 20.0 ° C. The thickness of the air gap is 2 mm.
Результаты выделения и концентрирования 1-бутанола представлены в таблице 4.The results of the isolation and concentration of 1-butanol are presented in table 4.
Примеры 20-24Examples 20-24
Проводят термопервапорационное выделение и концентрирование 1-бутанола из смеси 1-бутанол/вода, изменяя концентрацию 1-бутанола в разделяемом растворе от 2,0 до 7,0% масс.Thermal pervaporation is carried out and 1-butanol is concentrated from 1-butanol / water, changing the concentration of 1-butanol in the solution to be separated from 2.0 to 7.0% by weight.
Температуру разделяемой исходной смеси поддерживают равной 65°С, а температуру конденсирующей поверхности - равной 15°С. Процесс ведут через ПТМСП мембрану, толщина которой составляет 19 мкм. Толщина воздушного зазора составляет 2 мм.The temperature of the divided initial mixture is maintained equal to 65 ° C, and the temperature of the condensing surface is equal to 15 ° C. The process is conducted through a PTMSP membrane, the thickness of which is 19 μm. The thickness of the air gap is 2 mm.
Результаты выделения и концентрирования 1-бутанола представлены в таблице 5.The results of the isolation and concentration of 1-butanol are presented in table 5.
Примеры 25-26Examples 25-26
Проводят термопервапорационное выделение и концентрирование этанола при разделении смесей этанол/вода с различной концентрацией при температуре исходного раствора 60°С, температуре конденсирующей поверхности 15°С и толщине мембраны 4 мкм. Результаты выделения и концентрирования этанола представлены в таблице 6.Thermal pervaporation is carried out and ethanol is concentrated by separation of ethanol / water mixtures with different concentrations at a temperature of the initial solution of 60 ° C, a temperature of the condensing surface of 15 ° C and a membrane thickness of 4 μm. The results of the separation and concentration of ethanol are presented in table 6.
Из анализа данных таблицы 6 видно, что при проведении выделения и концентрирования этанола предлагаемым способом при концентрации этанола в разделяемой смеси, равной 10% масс., поток пермеата составляет примерно 1,5 кг/м2ч. А при той же исходной концентрации этанола в разделяемой смеси при проведении термопервапрорации в условиях прототипа поток пермеата чуть ниже 0,2 кг/м2ч, что практически в 7 раз ниже, чем при проведении первапорации предлагаемым способом.From the analysis of the data of table 6 it is seen that when carrying out the separation and concentration of ethanol by the proposed method, when the ethanol concentration in the separated mixture is 10% by mass, the permeate flow is about 1.5 kg / m 2 h. And at the same initial ethanol concentration in the separated mixture during thermal re-ventilation under the conditions of the prototype, the permeate flow is slightly lower than 0.2 kg / m 2 h, which is almost 7 times lower than during the pervaporation of the proposed method.
Пример 27Example 27
Проводят термопервапорационное выделение и концентрирование водного раствора органических веществ, моделирующего многокомпонентную ферментационную смесь ацетон-1-бутанол-этанольной ферментации (АБЭ-ферментации) при температуре исходного раствора 60°С, температуре конденсирующей поверхности 15°С и толщине мембраны 4 мкм.Thermal pervaporation isolation and concentration of an aqueous solution of organic substances is carried out, simulating a multicomponent fermentation mixture of acetone-1-butanol-ethanol fermentation (ABE fermentation) at a temperature of the initial solution of 60 ° C, a temperature of the condensing surface of 15 ° C and a membrane thickness of 4 μm.
Результаты выделения и концентрирования компонентов пермеата представлены в таблице 7.The results of the selection and concentration of the permeate components are presented in table 7.
Из данных таблицы 7 видно, что предлагаемый способ позволяет выделять и концентрировать органические вещества из многокомпонентных водных растворов.From the data of table 7 it can be seen that the proposed method allows to isolate and concentrate organic substances from multicomponent aqueous solutions.
Примеры 28-31 (сравнительные).Examples 28-31 (comparative).
Проводят выделение и концентрирование 1-бутанола из смеси 1-бутанол/вода с концентрацией 1-бутанола в разделяемом растворе, равной 2,0% масс., через ПТМСП мембрану, толщина которой составляет 44 мкм, в условиях вакуумной первапорации.Isolation and concentration of 1-butanol from a mixture of 1-butanol / water with a concentration of 1-butanol in a separable solution equal to 2.0 wt% was carried out through a PTMSP membrane with a thickness of 44 μm under vacuum pervaporation.
Температуру разделяемой исходной смеси поддерживают равной 25°С, но при этом температуру конденсирующей поверхности изменяют от 0 до -196°С.The temperature of the divided initial mixture is maintained equal to 25 ° C, but the temperature of the condensing surface is changed from 0 to -196 ° C.
Результаты выделения и концентрирования 1-бутанола представлены в таблице 8.The results of the isolation and concentration of 1-butanol are presented in table 8.
Для наглядности сравнение по потоку пермеата и фактору разделения для процесса выделения и концентрирования органических веществ из водных сред, проводимого в условиях термопервапорации и вакуумной первапорации, приведены на фиг.2. Сравнение вакуумной первапорации и термопервапорации: поток пермеата (данные из таблицы 4 и 8) и фиг.3. Сравнение вакуумной первапорации и термопервапорации: фактор разделения (данные из таблицы 4 и 8, из которых видно, что при сопоставимых перепадах температур большее значение потока, проходящего через мембрану, и фактор разделения реализуется в условиях процесса термопервапорации).For clarity, a comparison of the flow of permeate and the separation factor for the process of separation and concentration of organic substances from aqueous media, carried out under conditions of thermal vaporization and vacuum pervaporation, are shown in figure 2. Comparison of vacuum pervaporation and thermal vaporization: permeate flow (data from tables 4 and 8) and FIG. 3. Comparison of vacuum pervaporation and thermal pervaporation: separation factor (data from tables 4 and 8, from which it can be seen that at comparable temperature differences, the greater the value of the flow passing through the membrane and the separation factor is realized under the conditions of the thermal vaporization process).
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет проводить процесс селективного первапорационного выделения и концентрирования органических веществ из водных сред в отсутствие вакуума, преимущественно при атмосферном давлении, при сравнимых значениях потока пермеата и фактора разделения по целевому органическому веществу, что и в случае вакуумной первапорации, более простым и менее затратным способом.Thus, the proposed technical solution allows the process of selective pervaporation separation and concentration of organic substances from aqueous media in the absence of vacuum, mainly at atmospheric pressure, with comparable values of permeate flux and separation factor for the target organic substance, which is also simpler in the case of vacuum pervaporation and less expensive way.
Кроме того, предлагаемый способ может быть эффективно применен для первапорационного выделения и концентрирования органических веществ в процессах их получения ферментацией биомассы, например ферментативное получение этанола или ферментативное получение 1-бутанола, так называемой ацетон-1-бутанол-этанольной ферментацией (АБЭ-ферментация). При получении спиртов таким способом образуется большое количество не конденсирующегося газа СО2, который делает неэкономичным использование вакуумной первапорации для этого применения. Это связано с тем, что для удаления проникающего вместе с органическими компонентами через мембрану СО2 необходимо постоянное вакуумирование (работа вакуумного насоса) для удаления СО2 из вакуумной части системы.In addition, the proposed method can be effectively applied for pervaporation isolation and concentration of organic substances in the processes of their production by biomass fermentation, for example, the enzymatic production of ethanol or the enzymatic production of 1-butanol, the so-called acetone-1-butanol-ethanol fermentation (ABE fermentation). When producing alcohols in this way, a large amount of non-condensing CO 2 gas is formed, which makes the use of vacuum pervaporation for this application uneconomical. This is due to the fact that in order to remove penetrating together with organic components through the CO 2 membrane, constant evacuation (operation of a vacuum pump) is necessary to remove CO 2 from the vacuum part of the system.
Claims (1)
где n - число звеньев в цепи, молекулярной массой ММ=100800-1900000, а выделение и концентрирование органических веществ осуществляют при атмосферном давлении. The method of separation and concentration of organic substances from aqueous media using thermogradient pervaporation separation of liquid mixtures through a membrane that is selective for the target component, by collecting permeate vapor by condensation on a solid surface, the temperature of which is lower than the temperature of the separated mixture, characterized in that poly (1-trimethylsilyl-1-propine) of the general formula
where n is the number of links in the chain, molecular weight MM = 100800-1900000, and the selection and concentration of organic substances is carried out at atmospheric pressure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115210/05A RU2432984C1 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Method of extracting and concentrating organic substances from aqueous media |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010115210/05A RU2432984C1 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Method of extracting and concentrating organic substances from aqueous media |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2432984C1 true RU2432984C1 (en) | 2011-11-10 |
Family
ID=44997153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010115210/05A RU2432984C1 (en) | 2010-04-19 | 2010-04-19 | Method of extracting and concentrating organic substances from aqueous media |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2432984C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014077739A2 (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-22 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В.Топчиева Ран (Инхс Ран) | Method for separating and concentrating organic substances from liquid mixtures and device for the implementation thereof |
| RU2638661C2 (en) * | 2016-04-25 | 2017-12-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method of nanofiltration separation of liquid organic mixtures |
-
2010
- 2010-04-19 RU RU2010115210/05A patent/RU2432984C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| E.S.FERNANDEZ, P.GEERDINK, E.L.V.GOETHER, DESALINATION, 2010, V.250, PP.1053-1055. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014077739A2 (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-22 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В.Топчиева Ран (Инхс Ран) | Method for separating and concentrating organic substances from liquid mixtures and device for the implementation thereof |
| WO2014077739A3 (en) * | 2012-11-13 | 2014-07-17 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт Нефтехимического Синтеза Им. А.В.Топчиева Ран (Инхс Ран) | Method for separating and concentrating organic substances from liquid mixtures and device for the implementation thereof |
| RU2532518C2 (en) * | 2012-11-13 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт нефтехимического синтеза им. А.В, Топчиева Российской академии наук (ИНХС РАН) | Method of separation and concentration of organic substances from liquid mixtures and device for its realisation |
| RU2638661C2 (en) * | 2016-04-25 | 2017-12-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method of nanofiltration separation of liquid organic mixtures |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tomaszewska | Membrane distillation-examples of applications in technology and environmental protection | |
| US9283522B2 (en) | Process for separating liquid mixtures | |
| CN112933987B (en) | Organic solvent purification system and method | |
| Volkov et al. | Porous condenser for thermally driven membrane processes: Gravity-independent operation | |
| KR20090029232A (en) | Multi stage column distillation (mscd) method for osmotic solute recovery | |
| CA2716624C (en) | Method and apparatus for dewatering a mixture of ethanol and water | |
| JP2007275690A (en) | Method for separating and recovering organic liquid from organic liquid aqueous solution | |
| JP6636111B2 (en) | Organic solvent purification system and method | |
| Matheswaran et al. | Factors affecting flux and water separation performance in air gap membrane distillation | |
| Bergmair et al. | A low pressure recirculated sweep stream for energy efficient membrane facilitated humidity harvesting | |
| Criscuoli et al. | Vacuum membrane distillation for the treatment of coffee products | |
| JPH0634898B2 (en) | Concentrator / dehydrator for organic / aqueous mixed solutions | |
| RU2432984C1 (en) | Method of extracting and concentrating organic substances from aqueous media | |
| Li et al. | Efficient recovery of high‐purity aniline from aqueous solutions using pervaporation‐fractional condensation system | |
| RU2435629C1 (en) | Method of organic substances extraction from water and their concentration | |
| RU2532518C2 (en) | Method of separation and concentration of organic substances from liquid mixtures and device for its realisation | |
| Zhang et al. | Recovering phenol as high purity crystals from dilute aqueous solutions by pervaporation | |
| JP4360194B2 (en) | Method and apparatus for concentrating water-soluble organic substances | |
| Pangarkar et al. | Flux enhancement of air gap membrane distillation for desalination of groundwater by surface modification of membrane | |
| Basile et al. | Pervaporation and membrane contactors | |
| Chen et al. | Dehydration of diethylene glycol using a vacuum membrane distillation process | |
| RU135533U1 (en) | THERMOPERVAPORATION MODULE | |
| DK3043887T3 (en) | DEVICE FOR SEPARATION OF WATER FROM A FLUID FLOW CONTAINING WATER | |
| RU2408416C2 (en) | Method of pervaporation separation with simultaneous concentration of organic substances and device to this end | |
| RU169234U1 (en) | DEVICE FOR CONTINUOUS CONCENTRATION OF BUTANOL FROM DILUTED BINARY WATER-BUTANOL MEDIA |