文摘

再生的可能性溶剂萃取循环吸附的进行了分析。这个组合似乎方便提取solvent-to-impurity比率高的执行时,做出其他选择溶剂的再生,典型的蒸馏,缺乏吸引力。据我们所知,提出再生方案没有被认为是在开放的文学。基本关系是连续和不连续提取/吸附的组合。植物油的一个例子,脱氧与酒精,详细研究了使用独立的实验工艺参数测量和模拟预测在不同条件下的性能。一个活性炭吸附剂再生的热,使循环操作。当提取酸与甲醇喷雾列,饲料L = 4分钟⁻¹、溶剂L = 80分钟⁻¹、饲料杂质140级更易与L⁻¹,提取浓度7.6更易与L⁻¹,萃余液更易达到纯度1.2 L⁻¹吸附器中,溶剂再生周期(364公斤)平均0.7更易与L⁻¹。溶剂的再生循环吸附热负荷很低。相比174 kJ /升的溶剂蒸发和高值的提取阶段(1011 kJ L⁻¹)。

1。介绍

液液萃取分离(米歇尔)是一种重要的技术用在许多化学过程工业的应用。蒸馏、分离过程的主力,是基于沸点差异;米歇尔相反是基于不同的溶质在两个非混相的相对溶解度,或部分混相,液体。提取通常使用的情况下,直接蒸馏不划算的或不可能的。是这种情况当形成共沸混合物,或组件之间的波动差异太低时,或者当热敏材料存在的高温分解蒸馏。同样,如果需要恢复的组件有一个非常高沸点或存在于很小的浓度,蒸馏是不划算的。

设计中最重要的步骤之一,米歇尔是溶剂的选择,必须满足几个条件以达到最大传输速率:(i)的高溶质的溶解度和低溶解度提要/萃余液;(2)与载体密度差高于0.15 g厘米⁻³;(3)介质表面张力(5 - 30达因厘米⁻¹);(iv)使用高阻热再生时热降解;(v)高沸点和低粘度,为便于处理。显而易见,不是所有的条件都能满足,仔细筛选需要选择最好的溶剂从一个给定的集合。

不方便在米歇尔强调一个方面是,溶剂的再生。这一定是简单和节能。因此,在选择溶剂时,它必须决定如何再生。因为大多数溶剂由蒸馏再生,选择性方面来分析,溶质分布和波动。溶剂通常显示高选择性低溶质分配系数。如果他们也有波动低于杂质,杂质可以恢复馏分。然而,如果溶剂沸点低于杂质,那么应该蒸馏溶剂再生。如果杂质分布系数很低,那么高solvent-to-feed比是必要的。溶剂回收率高,因此需要溶剂再生率高。对于这些系统,蒸馏分离的可能不是一个选项,可以选择和其他原则。 An option that has not received attention in the scientific literature or the industrial practice is that of solvent regeneration by adsorption.

可能性是分析在这项工作的过程中从饲料,使用液液萃取去除杂质和吸附溶剂再生溶剂。这种组合以前没有公开讨论文学。主要特征的动力学、热力学和流程的角度考虑和讨论;和主要参数设计编写这样一个过程。为批处理和连续方程修正单位涉及局部和全局相间传质系数,和这些参数的实际值的范围这两个操作进行了讨论。

涉及实验工作的一个例子是作为概念,脱氧植物油的提取与酒精、耦合的羧酸循环吸附在活性炭填充柱从酒精的解决方案。液液萃取(米歇尔)的游离脂肪酸(FFA)从一些植物油最近引起了一些关注,因为脂肪酸可以恢复容易进行进一步的处理,中性油的产量最高(1- - - - - -3]。这些都是米歇尔的优势在碱炼油,石油丢失,因为苛性的反应(皂化)乳化,远期运费协议被转换为一个很难处理soap股票(4]。也优于物理精炼(去除酸的蒸馏在250°C)产生不良变化的颜色,也可以产生有价值的营养物质的降解和抗氧化剂5- - - - - -7]。

应用程序提取/吸附过程的精炼植物油可能是有用的在生物柴油行业,食品行业,生物降解技术的工业油(润滑油,变压器油介质等)。

2。材料和方法

一般程序如下:(i)液-液平衡热力学数据得到solvent-feed-impurity系统分区系数的形式;(2)固液热力学平衡等温线得到solvent-adsorbent-impurity系统;(3)提取得到动力学参数,全球平均水平的形式值(最小值⁻¹)列和搅拌釜器;(iv)吸附的吸附动力学参数,以全球平均的形式线性动力参数()值(最小值⁻¹);(v)测试的吸附剂再生热摇摆,测量相关参数;(vi)模拟运行连续和不连续单元,不同的工艺条件。

2.1。材料

食用向日葵油和油酸(Sigma-Aldrich年级99%)被用作甘油三酸酯和脂肪酸的来源,分别。酸化植物油的变量浓度的解决方案是通过溶解权衡大量的油酸葵花籽油。使用的溶剂,甲醇,是由生物容器(布宜诺斯艾利斯,阿根廷)。化学纯度高于99%。所有化合物都是使用前未经纯化。活性炭(Filtrasorb,卡尔冈炭素)是用于这项研究。碳在去离子水被沸腾的条件在接收1小时,然后在烤箱干燥24小时的110°C。活性炭有选择比表面积的972米²g⁻¹,总孔隙体积0.68毫升g⁻¹,体积密度0.502克毫升⁻¹。

2.2。液体萃取平衡

feed-impurity-solvent系统是向日葵oil-oleic acid-methanol。油酸是葵花籽油(油相)之间的分布和甲醇(酒精阶段)。酒精和油阶段大多非混相。米歇尔实验数据得到搅拌釜反应器。这有一个符合美国钢铁协会的304不锈钢容器总量100毫升、直径40毫米和80毫米的长度和电机之间的磁耦合和搅拌器。坦克用管式炉加热和温度控制罗福斯N1100控制器。每个组件的数量准备的解决方案取决于权衡分析天平(日本岛津公司模型AUW220D双重平衡,精度0.0001 g)。混合物被大力搅拌4 h,然后离开休息至少12 h。这导致了两个明确的和透明的形成阶段,具有定义良好的接口,取样进行分析。

油酸的浓度是由电位滴定(家方法Ca 5 40)微量滴定管。甲醇在油相的数量取决于重量液体蒸发之前和之后的解决方案(80°C, 300毫米汞柱真空)。石油的数量在甲醇相决心从质量平衡之前的组件。分析至少重复三次,这些读数的平均值作为液相组成。

2.3。萃取动力学

值的平均传质系数在溶剂方面计算了两种提取器提取测试:搅拌釜反应器喷柱和实验室。列得到的系数使用的方法论从一滴实验阿齐兹et al。24]。

在搅拌釜的测试中,辛德勒和Treybal技术18)之后。一个搅拌釜使用相同的法兰和搅拌器提取测试。内部体积、直径和长度也一样2。2。唯一的区别是,水箱有两个额外的连接连续操作。溶剂的流量和饲料与蠕动泵控制。萃余液和提取阶段中的油酸浓度测定滴定后足够的沉淀和形成两个不同的独立的阶段。

2.4。吸附平衡

吸附等温线测定在连续搅拌釜批量反应堆。方法选择是固体之外的不同数量的吸附剂粉末形式(约200网格)被允许达到平衡。搅拌速率保持在1600转,温度保持在30和40°C。甲醇溶液的酸度是由电位滴定用两个测量的平均值。这种技术平均误差为0.69%。油酸的浓度固体是由质量平衡。

2.5。吸附动力学

动力学吸附在活性炭颗粒填充床的形式测量列与回收。床的质量是1 g,提取的流量(溶剂溶解油酸)是7 L h⁻¹。碳颗粒大小是35-60网格。液相的质量是40 g和测试持续了2 h。定期采集标本和油酸含量的液相测定的滴定酸度如上表示。

2.6。解决测试

测试沉降率为向日葵oil-methanol系统大力搅拌混合物不同solvent-to-oil的比率,然后在三种不同温度下被允许休息,25日,40和50°C。时记录的时间是两个独特的阶段,没有形成石油仍然悬挂在上阶段。

3所示。结果与讨论

3.1。理论分析

提出的方案组合的操作包括在图中1。米歇尔单元可以是一个批处理或连续混炼机/沉降器单元,逆流或并联系列。固液吸附单元(SLA)可以漂白搅拌釜或吸附剂列包装。后者似乎更适合拟议的组合,因为它允许一个简单的溶剂和一种简单的分离吸附剂的再生。

成功匹配的SLA和米歇尔单位似乎继电器的足够的设计设备和溶剂的选择和吸附剂。的饲料(与杂质浓度)是混合的溶剂(与杂质浓度),使接触器,杂质的浓度较低,萃余液流(杂质的浓度)。的提取(与杂质浓度),单位必须要喂吸附剂列。这一列是在生产经营模式直到退出中的杂质浓度达到一个极限值()。这就是所谓的切入点。在这一点上,停止喂,列投入再生。热的再生步骤通常类型,被刷新的列与热液使解除吸附杂质。例如,可以使用流热溶剂,溶剂的体积为再生方便小。图2显示了一个阴谋SLA的杂质的浓度单位退出。虚线对应出口浓度的情况列操作与不饱和中间再生。

必须指出,当列变饱和出口浓度就等于 ,在进口浓度。再生列中杂质的浓度通常不是零,因为总再生实际上可能相当昂贵,而不是必要的。见图2与变量,列也产生一个再生溶剂纯度。然而,这不是一个问题方便地低。

一个类似的图中可以看到3但这一次的平均浓度杂质的固相是绘制作为时间的函数。再次,可以看出,列在一个循环点不同的饱和值。这是因为在饱和传质动力学成为太慢由于减少的驱动力。

虽然列都有一个空间和时间浓度资料,其他的液-液接触器不。搅拌罐与吸附剂在暂停或短包装列操作高液体回收实际上有一个统一的浓度对空间坐标和变化作为时间的函数。

米歇尔和SLA的足够的设计单位应满足一些明显的标准:(i)的操作/再生的列不应太短,和一个最小值应该指定,例如,10-40最小;(ii)吸附剂应具有足够的容量和适当的吸附动力学,以充分利用总表面的断点,例如,40 - 70%饱和度。后者通常是一个问题对于大多数吸附剂因为内部表面积与小孔非常高的材料,和传质intrapellet电阻限制了访问内部孔隙体积。

比较的数学表达式为液-液和固-液平衡是必要的对于理解两种现象的本质。相同的动能表达式可以表示两个阶段之间的传质,液-液或液-固相。而不是使用通用表达式,表达式将为实际编写的示例:系统从酸性萃取的油酸葵花籽油与甲醇和油酸从甲醇/活性炭的吸附。简化、溶剂和提要应该是几乎不溶混,能斯特法总是有效的。也没有反应。列方程,活塞流的各个阶段。

方程在表1等温线方程的一个例子是一个solid-liquid-adsorbate系统处于平衡状态,描绘了平衡浓度的杂质在固态液相中的浓度的函数。使用的函数是朗缪尔等温线。方程弗伦德里希等温线。方程分配系数的定义为萃余液之间的杂质和提取阶段,根据能斯特法。的系数是一个复杂的流体热力学性质的函数。能斯特法推导出溶质浓度低,但可应用于解决方案的浓度更高,尽管它的有效性降低到一个狭窄的范围内。

方程- - - - - -通量密度的方程(摩尔每单位面积和时间)通过固液界面,在吗- - - - - -相对应的方程转移到液-液界面。方程- - - - - -对应于双膜模型,- - - - - -对应于转移由于Fickian扩散在多孔固体和液体膜扩散。在- - - - - - ,双膜模型应用的基本假设,即液相由一个接口和一个电影在每个阶段坚持这个接口。质量传递发生只在这双停滞不前的电影由一个分子扩散机制。在每个阶段的大部分杂质的浓度是均匀的完美混合。

方程- - - - - -和- - - - - -的表1对应于通量方程在驱动力和总传质系数。前者是浓度的平衡和实际值之间的差异在任何时候。在吸附的情况下,全球质量传递系数的定义类似于线性推动力模型, ,因此它将使用。法律辩护基金的模式被Glueckauf首次提出,科茨(25)作为一个近似气相中的传质现象在吸附过程中但已经发现有用在填充床吸附模型,因为它很简单和一致的分析和物理(26]。一些作者已经检查的性质 。鲁斯温和Farooq27)认为,它是由两个贡献,相关intrapellet传质阻力()和膜传质阻力(),显式的 。而取决于流体相中的杂质的扩散系数,取决于杂质的扩散系数在多孔固体吸附物的矩阵。因此,在大多数情况下,尤其是在液相吸附,是抵抗和最高可以被忽视。

方程和描述当地的液-液传质系数之间的关系和整体系数。后者可以表达的驱动力在萃余液或提取方面导致两种不同的系数。为当地的系数,这取决于阶段是连续和分散,不同的相关性将适用于每一方,尽管通常是舍伍德数方程的形式的雷诺数的函数,施密特数和分散相的抢劫。示例计算方程连续相(本地系数)(分散相)系数列连续接触器一直在写- - - - - -根据建议Koncsag和Barbulescu [28]。

不连续的操作完全混合单元显示更多的相似之处的两个操作中可以看到来在表1。这也是一个容易处理数学问题和对应的操作搅拌釜提取单位和搅拌釜吸附单元。填料塔操作具有高回收比率也可以视为完全混合搅拌坦克。在和 , 界面面积单位设备体积。另外,液相的平衡可以写的系数,如和(29)。

方程来对应的微分方程、边界和初始条件表达的质量平衡吸附物物种在填充床的运动和扩散在多孔吸附剂。完整的模型考虑了在轴向返混考虑Fickian扩散项和轴向扩散系数 。这些方程必须与当地的方程描述变化的规律作为一个流程变量的函数。

方程和是当地的质量平衡的综合形式。他们比以前更简单处理吸附。然而,这是一个简化的视图,需要更复杂的模型来反映乳化现象的形成和崩溃,延滞,洪水、聚结和破损,等等。

在界面区域提取是一个函数的大小。持枪抢劫的水滴大小更大更高价值的分散相和大的搅拌功率值(在搅拌罐)。然而,依赖是柔软的。

的检查来和和 ,和他们相比和 ,表明吸附列不能在一个真正的稳态液液萃取等单位工作。描述他们的操作,解决方案必须找到时间和空间的函数。这是由于固相是固定在流体相不断流动。如图2当达到突破条件的列时,必须停止和再生吸附器的操作必须执行。这是不同的萃取柱连续稳定状态之间可以建立两个液体流动阶段。

吸附和萃取,分离单元的吞吐量主要是由内在参数如动力学传质参数,L-L和平衡的热力学常数,描述接口的参数,总量的阶段。对于任何给定的联系设备和工艺条件的选择,也就是说,温度,压力,和液相流量的体积单位将设计过程的结果对于一个给定的理想的萃取率和吸附,由于工艺条件将决定的内在参数的值。因此,列表的范围值感兴趣的最重要的内在参数参与吸附和萃取器的设计。这是在表来完成的2。

等效系数一直放在同一行。吸附在界面区域,所有可用的表面积,和外部intrapellet,已经包括在内。必须指出,由于扩散阻力,并不是所有的表面都是现成的。然而,这是考虑在计算intrapellet传质阻力。介孔和微孔吸附剂,内表面远远高于外部,一个几乎是intrapellet面积除以颗粒体积。从这个比较明显的界面面积远高于大多数吸附剂的L-L和L-L接触器。

检查表的最后一行2产量最重要的洞察力。如果和参数值相比,这是一个比较类似的驱动力,可以看出,在全球吸附是低于提取在大多数情况下,尤其是对提取的情况下在搅拌或静态混合器。当我们获得更多的相似的价值观匹配吸附低能量提取操作,例如,在一个喷雾列。耦合的两个单位类似然而它必须是单位时间内杂质的吸收,这是一个函数的驱动力。从这个意义上讲,缓慢吸附动力学可以补偿高固相关联(高 , 值),而快速萃取动力学可以抑制低溶解性杂质(低值)。所有这些因素将有一个更好的洞察力一旦例子详细讨论。

3.2。植物石油脱氧的例子

在这个例子中,向日葵油与甲醇首先提取为了去除杂质,油酸。然后再生吸附的溶剂甲醇溶液的油酸。反过来再生吸附剂的热。为了获得良好的参数值描述现象,实验来确定液-液和液-固相分离进行了热力学和动力学参数。

3.2.1之上。分配系数的测定油酸

系统油的acid-methanol-sunflower石油,的值获得块吗的函数在三种不同温度下(图4)。被发现在30°C等于0.875,0.922在40°C, 50岁和1.125°C。计算比酒精的浓度油酸的阶段(无油)的浓度油酸葵花籽油甲醇(免费)。油酸的浓度在任何阶段确实有点低由于甲醇溶解在油阶段和解散酒精阶段。从这个意义上讲,溶解度越高油酸的甲醇在更高的温度下也伴随着更高的溶解度的石油,因此必须有一个平衡在选择正确的操作温度,因为相对纯度提取或萃余液的产量可以是一个问题。的线性与情节非常好值约为0.997。

3.2.2。传质系数测定甲醇和向日葵油之间的油酸

传质系数相差很大取决于接触设备的类型。研究的结果发表在表3对于喷雾列单滴实验。与索特平均直径值计算的公式(见 )。界面面积计算 。在列的情况下,增加温度的值(从30到50°C)总传质系数增加了近2倍。这可能是有关降低粘度和雷诺数的显著增加(Re)。

与他人良好报道相比获得的值。Sankarshana et al。29日)发现的值(连续相,提要/溶剂= 0.2 - 1)= 0.02 - -0.06分钟⁻¹列充满了随机和订购包装,使用醋酸体系酸乙acetate-water被逆流系统模式。Nosratinia et al。30.)发现值的0.12 - -0.84分钟⁻¹在喷雾列分散相的喷射。Geankoplis和Hixson31日)发现总体的价值观(水,连续相)0.07 - -1.2分钟⁻¹在不同分散相流速,铁chloride-isopropyl醚-系统,喷雾塔。

喷淋塔的液液萃取,索特直径是一个函数的分散相持枪抢劫和流体动力学条件。Salimi-Khorshidi et al。32)发现,当不同的变化在2.5 - 4毫米= 0.1 -0.6和流量,火山阴谋被发现作为再保险或函数 。

考虑的扩大系数从一滴水测量全面成群应该讨论。Hughmark [33)研究综合数据集,= 0.006 - -0.2,和早期发现,连续的比率分散相粘度小于1,传质系数(的形式或)把成群的连续相是一样滴,同时,对于粘度比率大于1,多个下降系数都比较小。与Ruby和埃尔金Hughmark安装他的数据方程(34]。在这个系统中,系数因此叶轮雷诺兹的函数,也直接成正比 。

传质系数的值为搅拌釜实验0.75分钟⁻¹使用一个实验装置类似于辛德勒和Treybal18),使用0.5分散相的抢劫。这些作者早期的传质系数关联了坦克研究两个液相之间的传质在焦躁不安困惑船,发现传质系数与叶轮雷诺数增加,分散相抢劫。令人困惑的大约增加的1.5倍。平均体积值连续相在3-25分钟不等⁻¹对于价值观的叶轮雷诺数20000 - 60000。的依赖在叶轮雷诺数强劲,大致成正比 ,而依赖抢劫分散相的弱,是成正比的 。他们还发现,几乎是持枪抢劫的变化不敏感。考虑到这些趋势可以很容易地合理化,激起了坦克索特直径, 是由叶轮雷诺兹,分散相的界面面积单位体积对应的值 。出于这个原因,的值模拟将从实验数据外推的类似的搅拌条件下扩展的值 。

3.2.3。吸附性能

十八烯acid-methanol-sunflower油系统、活性炭吸附剂的选择,因为它良好的性能在初步筛选试验。这是一个相当新的申请羧酸吸附,在文学、二氧化硅、硅酸盐、粘土、沸石通常是采用(35- - - - - -37]报告碳的使用集中在净化的水(38,39]。

吸附结果的油酸葵花籽油应对碳绘制在图5。曲线对应于一个处女活性炭。最后一个值在abscissae轴0.10摩尔L⁻¹;因此策划结果对应于在弱酸性葵花油和向日葵油低酸含量。弗伦德里希的曲线是更好的解释模型(表1,方程), 和 , 。然而,对于简单的治疗可以配备了亨利的线性等温线数据产生 (L公斤⁻¹)。

另一个等温线是在40°C来计算吸附热。有一个等温线16 (L公斤的价值⁻¹)。应用的集成形式范霍夫方程和考虑到吸附热不是温度的函数,吸附热估计为57 kJ摩尔⁻¹。这个值与其他文献中发现的比较好。李等人。40)发现,苯酚的吸附树脂从水溶液的吸附热38 kJ摩尔⁻¹。邱和李41)发现了一个52.9 kJ摩尔的吸附热⁻¹对活性染料在水溶液化学交联壳聚糖珠。Ilgen和Dulger42)测量值约34 kJ摩尔⁻¹吸附的油酸葵花籽油在13 x沸石。

吸附测试也在填充床列与快速回收。在本专栏的轴向浓度梯度是微不足道的,行为是类似于搅拌釜与完美的混合。结果是装有线性推动力模型的简单模型,的形式 。一个这样的测试结果绘制在图6。的计算值从实验是0.066分钟⁻¹。

3.2.4。沉降时间阶段分离重力水瓶里

实验测量的结果解决时间体积methanol-to-oil率和温度的函数都包含在图7。在25°C methanol-to-oil比率低于1没有完整的相分离可以实现即使在一天之后,一些石油剩余甲醇相中的分散的上阶段的不透明度。

实现完全分离methanol-to-oil比率等于或高于1。总的趋势是,在高温下,例如,50°C, methanol-to-oil比率的沉淀时间是独立的,而在较低温度提高methanol-to-oil比率降低了沉淀时间。连续操作的隽永的沉淀时间一个小时,温度约50°C是必要的。

3.2.5。模拟

(1)连续萃取/吸附过程的模拟。的布局过程使用一个萃取柱耦合到一组双吸附列在图中进行了描述8。在这种布局萃取柱是连续的操作,和方程描述浓度在任何阶段和时间之间的关系- - - - - -在吸附柱的情况下。方程描述了交易所的提取和 。这个方程组的解的一个示例提取酸性葵花油与甲醇从数据描述9- - - - - -11。

持枪抢劫的分散相从实验测量计算的特征速度下降(),流量的值的饲料和溶剂,通过方程的盖勒 。盖勒提出,对许多不同类型的列下列方程[举行43]: 在哪里和是连续的表面速度和分散阶段,分别和 ,特征速度,液滴的平均相对速度外推到零流量,可以识别单个的终端速度下降有关的设备。方程 是数值求解,给出 。

列提取单元的方程是解决分析为了避免解决两点边值问题的问题强加的逆流。方程和被获得解决矩阵的特征值和特征向量的衍生品和考虑到本征函数的解决方案是什么 。一个特征值是零,所以两个人和的形式 ,在那里是一个函数的 , , ,和 ;和和是前面的函数参数和初始条件。

杂质浓度的饲料,更易与140 L⁻¹酸度,相当于约4.4%,应减少到大约30更易与L⁻¹为了适合作为生物柴油的一个提要alkali-catalyzed过程。对于某些应用程序,最大的酸度是更低。对绝缘油、ASTM D3487建立最大0.03毫克酸度KOH g⁻¹0.5,也就是说,更易与L⁻¹。这是附近的萃余液浓度在图9,1.1 L更易⁻¹。无论如何,一个特殊的限制绝缘油在ASTM D6871建立了植物来源,0.6毫克KOH g⁻¹,10更易与L⁻¹在萃余液,九次最终值的例子。0.6毫克KOH g⁻¹也限制了为人类食用精制食用油(粮农组织CODEX-STAN 210、1999),因此提取步骤也适合这个应用程序,但必须指出比甲醇乙醇可能更合适更符合健康的限制。

对于模拟吸附列的一组方程- - - - - -对吸附柱解决了在分析潜在的假设。轴向色散有时产生的扩大吸附前由于分子扩散和弥散的贡献由流体流动(44]。轴向色散的影响评估的沛克莱数(Pe)小值指示返混是很重要的。根据Carberry [45),Pe值大于100,流可以被认为是塞流类型。油酸分子扩散系数的值与Wilke-Chang甲醇计算方程。轴向扩散系数计算的相关性哇靠,Funazkri46]。体育价值等于3300被发现。

对于线性等温线的情况下,解决方案(- - - - - -)的形式 可以通过使用“quasi-log正态分布”(Q-LND) [47,48]。在这种情况下,它假定quasi-log正态概率密度函数可以用来表示系统的脉冲响应。它已经证明了解析解和Q-LND近似解是相似的范围广泛的模型参数和偏差出现的停留时间只有非常低的值。这个解决方案是用来绘制突破曲线的图10。

在图10,提取液的浓度为7.64更易与L⁻¹,必须减少到0.7更易与L⁻¹。杂质的浓度在溶剂列出口是非线性时间的函数,与初始浓度约为零。一个出口浓度1.4更易与L⁻¹对应于平均浓度的溶剂略低于0.7更易与L⁻¹。1.4 L更易⁻¹可以安全地考虑列突破条件(),填充床被的骑车时间1小时。这时,杂质在吸附剂上的平均负载更易与95公斤⁻¹。删除这个负载的方式将处理后再生床上细节。

将一个函数和所需的溶剂的纯度,对于一个给定的固定提取单元的操作条件。这是见图11。吸附剂列必须维护操作,直到出现突破。正如预期的减少杂质浓度较高的饲料但曲线不够软,允许处理不同杂质浓度在100 - 600年更易与L⁻¹范围与在30 - 60分钟的范围内。萃余液的浓度从1到2不等更易与L⁻¹,它可以被认为是微不足道的。

数据的模拟运行9,10,11是用颗粒1毫米大小。更大的12×40网格粒状碳,可以找到一个最大尺寸1.5毫米。3毫米的丸状的碳,大小是常见的。颗粒大小有很大的影响在骑自行车,因为intrapellet扩散传质阻力正比于颗粒半径的平方。这是清晰的情节图所示12。操作时必须从1小时减少到大约15分钟时,颗粒大小从1增加到3毫米。

(2)再生。评估再生溶剂的蒸发/蒸馏和吸附。蒸馏是最常见的方法,但它需要较高的能量。再生吸附被证明是一种可行的方法,但需要能量的解吸装置吸附床的杂质。比较参与每一次的热量是在表来完成的4数据的情况下9和10。这些数据的信息表明,再生溶剂平均浓度油酸0.7更易与L⁻¹,固体在突破上的平均浓度约为95更易公斤⁻¹。大量的溶剂再生是4800 L。如果这卷被蒸馏再生的热量1000 kJ L⁻¹。这是考虑到所有的甲醇蒸发效率为100%,没有热回收方案。再生的吸附,所消耗的热量加热洗脱体积的热,加热相同的流沸点和蒸发溶剂恢复自由的油酸。再生温度为100°C和洗脱体积等于1床体积被选中。这些值允许实现固体中残留的杂质浓度低于5%的原始再生之前加载。这些参数,热负荷的再生吸附相当于大约151 kJ L⁻¹,只是一个15%的古典再生。再生温度要求运行有点超压的再生步骤2.3酒吧由于蒸汽压较高的甲醇。概括地说,这是推断,再生温度是最具影响力的变量,洗脱体积有低影响残余固体杂质的浓度。简单的计算,再生将被认为是在接下来完成。

时间发现再生实验。剩余油酸固体不不同时间跨度的再生高于2.5分钟。

一些其他作者只用与溶剂冲洗再生吸附剂。Yori et al。49)将甘油从生物柴油通过吸附在硅胶柱和再生床上用少量甲醇冲洗。在案件的关联甲醇吸附杂质(甘油)再生床的至关重要的因素。在学习的情况下,热解吸swing需要帮助。

(3)分批萃取/吸附过程的模拟。模拟,提取坦克被选择的体积等于处理设备图8(参见图1 h操作13)。这使一个比较类似的吞吐量性能和设备的要求。为了使用完全不连续单元,一列快速回收程序,遵循(30)和(31)。选择一个搅拌釜与吸附剂悬浮在液体会产生相同的操作方程。然而列使再生容易包装。为了有一个简短的停留时间和工作作为一个完全混合搅拌釜,循环流量必须足够快。减少一分钟的停留时间,一小部分使之成为可能。没有在这个流压降问题条件列的L / D应该低。

仿真结果图14。杂质的浓度可以从140个减少到约10更易与L⁻¹。这是比逆流的最终值列,更易与1.1 L⁻¹,是完全混合系统的不利行为的结果与平衡限制。两个阶段将实现最后的萃余液浓度图是必要的9。

的结果图15把相似的结论如分批萃取单元的情况下。列的性能与快速回收更糟糕比列与直流流动。尽管提取精制也有类似的杂质浓度(7.2更易与L⁻¹0.7更易与溶剂的浓度),一个出口⁻¹如在图10只能通过增加吸附剂质量的3.6倍。这也是解释的不利行为完全混合系统与平衡限制。

饱和时间值的比较对萃取和吸附柱显示,提取罐饱和时间约5分钟,填充床约40分钟。这是一个卷的结果4800 L液相萃取器和填充床的体积约为2600 L。它可以推断每个单元的吞吐量单位体积是不同的,L约200分钟⁻¹每0.05 L过程容器的器和吸附剂。这些值不太不同,因为它可以预期的慢动力学吸附和可能的结果补偿高可用选择吸附剂的表面积。

所有特征的比较次还必须包括玻璃水瓶的沉淀时间。在50°C这是关于1 h,更类似于饱和吸附器的时间。然而,填充床应该方便低温操作,像30°C,有良好的吸附能力。30°C稳定时间增加到3 h,这一步最慢的过程。

必要的最小吸附时间的情节提要杂质浓度的函数包括在图中16。同样的趋势图11是见过。萃余液的浓度增加时,提要中的杂质的浓度增加。保持常数的萃余液成分只能通过增加solvent-to-feed比例提取单元。吸附柱的操作时间增加当提要中的杂质的浓度增加。这是由于杂质的浓度越高,要求更多的时间被删除。

4所示。结论

葵花籽油的脱氧和甲醇萃取溶剂的再生吸附在活性炭都试过了。方法被认为是有用的食品和生物柴油产业的经济剩余液流系统中实现低杂质含量高的solvent-to-feed比率。

方程提取器和填料塔的设计,在连续和不连续模式,开发。设计合适的方程写从一般原则,强调相似之处制定为驱动力,传质速度,热力学和动力学参数。范围的热力学和动力学参数的比较似乎表明,萃取和吸附单元的匹配需要适应快速萃取动力学相对缓慢的吸附动力学,和每单位质量吸附剂的相对较高的亲和力与大多数溶剂的低容量单位体积。在这个意义上的解决方案是循环操作柱吸附器足够的大小。

脱氧用甲醇萃取效率相对较高的可进行由于相当高价值的分配系数为油酸极地和有机相之间的值 0.93在温度30 50°C。在逆流萃取柱solvent-to-feed比20允许减少石油的酸度4.4%酸性的最终值0.04%,适合使用它作为生产生物柴油的原料与alkali-catalyzed过程,它的使用作为人类食用食用油,或使用它作为电介质可生物降解石油。萃取允许最高产量的石油和脂肪酸杂质的复苏。

搅拌釜的典型操作提取单元产生全球传质系数的值0.75分钟⁻¹(甲醇)。快速提取动力学允许的操作搅拌釜提取单元饱和时间约5分钟。这是速度比饱和的特征时间的一批吸附列值1 h。然而,一个完全不连续过程也需要的玻璃水瓶大建立时间,使它的最慢的一步的过程。

提取/吸附组合似乎适合solvent-to-feed比率高的萃取操作中由蒸馏溶剂再生成为禁止由于较低的蒸汽压的杂质被删除/恢复,因此要求大量溶剂的蒸发。的例子证明,向日葵油脱氧、,solvent-to-feed 20的比例,distillation-based溶剂再生的热负荷可能1011 kJ /升的溶剂。基于吸附再生过程需要的热负荷低得多,约为每升174 kJ溶剂,热负荷主要是有关热填充床的摇摆。

solvent-to-feed率高的申请提取的萃取/吸附组合可以使用很方便,溶剂和高选择性,但低亲和力不洁,或“抛光”操作低驱动力由于高稀释杂质的饲料。

提取/吸附系统的连续和不连续的操作。然而,连续操作效率更高由于活塞流的内在优势与完美的混合,在热力学平衡系统是一个限制。

吸附的主要传质阻力是intrapellet扩散。在这个意义上小吸附剂颗粒改善流程的营业额,提高利用吸附剂体积的百分比。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

执行这项工作的资金也是(PIP拨款11220130100457 co和11220130100457公司)所del沿海地区(CAI + D拨款50420150100074李),和所de Jujuy(教派08 / D138)。