RU2409414C2 - Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов и способ выделения спиртов или эфиров - Google Patents

Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов и способ выделения спиртов или эфиров Download PDF

Info

Publication number
RU2409414C2
RU2409414C2 RU2009106236/05A RU2009106236A RU2409414C2 RU 2409414 C2 RU2409414 C2 RU 2409414C2 RU 2009106236/05 A RU2009106236/05 A RU 2009106236/05A RU 2009106236 A RU2009106236 A RU 2009106236A RU 2409414 C2 RU2409414 C2 RU 2409414C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
membrane
ethers
liquid
alcohols
layer
Prior art date
Application number
RU2009106236/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009106236A (ru
Inventor
Евгений Рубенович Давидов (RU)
Евгений Рубенович Давидов
Петр Сергеевич Каныгин (RU)
Петр Сергеевич Каныгин
Олег Анатольевич Фракин (RU)
Олег Анатольевич Фракин
Игорь Владимирович Черемнов (RU)
Игорь Владимирович Черемнов
Original Assignee
Дэвон Инвестмент Лимитед
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дэвон Инвестмент Лимитед filed Critical Дэвон Инвестмент Лимитед
Priority to RU2009106236/05A priority Critical patent/RU2409414C2/ru
Priority to PCT/RU2010/000054 priority patent/WO2010098695A1/en
Publication of RU2009106236A publication Critical patent/RU2009106236A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2409414C2 publication Critical patent/RU2409414C2/ru

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362Pervaporation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/38Liquid-membrane separation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/74Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation
    • C07C29/76Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment
    • C07C29/80Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment by distillation
    • C07C29/84Separation; Purification; Use of additives, e.g. for stabilisation by physical treatment by distillation by extractive distillation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/48Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C67/52Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change in the physical state, e.g. crystallisation
    • C07C67/54Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives by change in the physical state, e.g. crystallisation by distillation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Изобретение относится к мембранным процессам выделения органических соединений из растворов. Предложена жидкая мембрана, размещаемая на поверхности раздела фаз и представляющая собой слой гидрофобной жидкости в виде масла толщиной 3-30 мм. Предложен способ выделения спиртов или эфиров из водных растворов путем их диффузионного испарения через заявленную жидкую мембрану с использованием газа или вакуума. Изобретение позволяет упростить и удешевить выделение упомянутых водорастворимых соединений из растворов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к мембранным процессам выделения органических соединений из водных растворов и может быть использовано в пищевой, микробиологической, целлюлозно-бумажной и других отраслях промышленности для извлечения, разделения и очистки жидких и газовых смесей, ферментационных сред, выделения ценных компонентов из сточных вод и газовых выбросов.
Известны различные способы выделения водорастворимых органических соединений из водных растворов, такие как дистилляция, экстракция, мембранные методы. Благодаря своей высокой эффективности и низкому энергопотреблению, одним из приоритетных методов разделения жидких смесей является процесс первапорации.
Первапорация - это процесс испарения через мембрану, отличительной особенностью которого является переход веществ, проникающих через мембрану, из жидкого состояния в парообразное. Движущей силой процесса мембранного испарения является разность химических потенциалов по обе стороны мембраны. Для поддержания перепада химического потенциала на достаточно высоком уровне необходимо предотвращать конденсацию пермеата на поверхности мембраны со стороны пара, что достигается непрерывным отводом пара, обдувом инертным газом или вакуумированием.
Первапорация нашла применение для концентрирования молока, кофейного экстракта, латекса, разделения углеводородов в процессах нефтепереработки для выделения фракций с разными октановыми числами, дегидратации этанола.
Известно применение процесса первапорации для очистки сточных вод, содержащих бутанол в авиационной промышленности, (Козодаева Е.В. Экспериментальное исследование первапорационного выделения бутанола из водных растворов и моделирование процесса первапорации. Московский государственный инженерно-физический институт (технический университет) и другие, 1998). Для проведения процесса первапорации использовали сплошную мембрану из политриметилсилилпропина (ПТМСП) толщиной 25 мкм, концентрация бутанола в разделяемой смеси составляла от 0,5 до 6 мас.%.
Используемые в настоящее время мембраны изготавливают из органических (в том числе полимерных) и неорганических (металлических, керамических, стеклянных и пр.) материалов. Мембраны могут быть твердые и жидкие.
Особенно эффективны установки испарения через мембрану для проведения обезвоживания смеси растворителей, содержащих одновременно высококипящие и низкокипящие по отношению к воде компоненты. В этом случае ректификация практически невозможна из-за образования нескольких индивидуальных азеотропов с водой.
Выпускаемые фирмами Bakish Materials Corporation (США), GFT (ФРГ), Mitsui (Япония) сепараторы, основанные на испарении через мембрану, могут извлекать определенный компонент из разнообразных органических смесей и используются в установках испарения через мембрану, производящих 6000 л/сут этанола на целлюлозно-бумажном комбинате в ФРГ.
Под жидкими мембранами в литературе понимают мембраны с жидкостью, иммобилизованной внутри пор микропористой подложки. Если мембрана смачивается жидкостью, то последняя может удерживаться в порах за счет капиллярных сил. Давление, необходимое для вытеснения жидкости из пор, называется капиллярным давлением и изменяется обратно пропорционально диаметру пор, поэтому при достаточно малых порах жидкость удерживается на подложке при разнице давлений под и над мембраной в несколько атмосфер.
Используются жидкие мембраны двух типов. К первому типу относятся пассивные жидкие мембраны, в которых обычные жидкости, имеющие большую проницаемость по целевому компоненту, наносятся на мембранную подложку. Второй тип жидких мембран - мембраны с активным транспортом целевого компонента. В этом случае в качестве жидкости используются специфические переносчики целевого компонента, растворенные в соответствующем растворителе. Брок Т. Мембранная фильтрация: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987.
Известна жидкая мембрана, иммобилизованная внутри пор микропористого носителя, в частности, полипропилена, полиамида, полиимида (WO 0156933, 09.08.2001) для выделения целевых соединений, в частности пенициллина и органических кислот (фенилаланин, молочная кислота, уксусная кислота). Раствор, содержащий целевое соединение, проходит с одной стороны мембраны, с другой стороны мембраны для выделения соединений применяют дисперсную систему, которую формируют при смешивании водного раствора для реэкстракции с органической жидкостью.
Известные мембраны и способы с их использованием обладают следующими недостатками:
необходимость восстановления исходных свойств мембраны, поскольку поры или пустоты мембран могут засоряться;
сложности при подборе материалов для создания мембран, поскольку мембраны должны обладать не только высокими показателями селективности, производительности и механической прочности, но и выдерживать прямой контакт с органическими соединениями при повышенной температуре.
Таким образом, существует необходимость в недорогих и простых в применении мембран для выделения водорастворимых органических соединений, спиртов и эфиров из водных растворов, и способов выделения с их использованием.
Для решения настоящей задачи предложена жидкая мембрана для выделения спиртов и эфиров из водных растворов путем их диффузионного испарения через мембрану с использованием газа или вакуума, размещаемая на поверхности раздела фаз и представляющая собой слой гидрофобной жидкости.
В качестве гидрофобной жидкости могут быть использованы синтетическое или растительное масла.
Предложен также способ выделения спиртов или эфиров из водного раствора путем их диффузионного испарения через мембрану с использованием газа или вакуума, при этом мембрана представляет собой слой гидрофобной жидкости на поверхности водного раствора.
В качестве гидрофобной жидкости могут быть использованы синтетическое или растительное масло или высшие спирты.
При этом слой гидрофобной жидкости на поверхности водного раствора предпочтительно составляет 3-30 мм.
Использование в подобных процессах описанной жидкой мембраны основано на том, что молекулы рассматриваемых органических соединений состоят из двух частей, гидрофильной, обуславливающей их растворимость в воде и гидрофобной части (углеводородного радикала). При размещении гидрофобной жидкости с плотностью меньше, чем у воды (например, растительного масла), на поверхности раствора жидкость равномерно распределяется на поверхности водного раствора тонким слоем. Молекулы органических соединений на границе раздела между слоем масла и водной среды ориентируются так, что их гидрофильная часть остается в воде, а гидрофобная переходит в слой масла. Слой гидрофобной жидкости представляет собой практически непреодолимую преграду для молекул воды, поэтому давление паров воды над указанным слоем будет пренебрежимо мало. При создании вакуума над слоем гидрофобной жидкости или с потоком газа соединения в газообразном состоянии направляют в холодильное устройство для их дальнейшей конденсации. В слое гидрофобной жидкости возникает градиент концентраций, вызванный разностью в концентрациях выделяемых соединений в водном растворе и в газовой среде (в вакууме), вследствие чего устанавливается постоянный поток молекул растворителя из водного раствора через слой в вакуумируемый объем над поверхностью.
Пример 1
В емкость со 100 мл водного раствора, содержащего 23% бутанола, наслаивают на поверхность олеиновую кислоту, слоем в 15 мм. Для бутанола, обладающего дифильными свойствами, состояние минимальной энергии достигается путем ориентации молекул на поверхности или вблизи нее таким образом, что гидрофобные группы (углеводородные радикалы) стремятся расположиться в слое олеиновой кислоты, а полярные гидроксильные группы обращены в сторону водной фазы. Давление в емкости понижают до -0,05 атм. При снижении давления спирт переходит в газообразное состояние и под действием вакуума направляется в конденсатор. В результате получают 22 мл конденсата, где содержание бутанола составляет 92%.
Пример 2
В емкость со 100 мл водного раствора, содержащего 17% этилацетата, наслаивают на поверхность соевое масло, слой 10 мм. Давление в емкости понижают до -0,06 атм. Пары этилацетата конденсируют и получают 18 мл конденсата, где содержание этилацетата составляет 89%.
Преимущества предложенного способа и жидкой мембраны заключаются в повышении эффективности выделения водорастворимых органических соединений из водной среды, предложенные решения позволяют снизить материальные и энергетические затраты на разделение водно-органических смесей.

Claims (5)

1. Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов путем их диффузионного испарения через мембрану с использованием газа или вакуума, характеризующаяся тем, что представляет собой слой гидрофобной жидкости, размещенный на поверхности водного раствора.
2. Жидкая мембрана по п.1, отличающаяся тем, что гидрофобная жидкость представляет собой синтетическое или растительное масло.
3. Способ выделения спиртов или эфиров из водных растворов путем их диффузионного испарения через мембрану с использованием газа или вакуума, отличающийся тем, что мембрана представляет собой слой гидрофобной жидкости на поверхности водного раствора.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что гидрофобная жидкость представляет собой синтетическое или растительное масло.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что слой гидрофобной жидкости на поверхности водной среды составляет 3-30 мм.
RU2009106236/05A 2009-02-25 2009-02-25 Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов и способ выделения спиртов или эфиров RU2409414C2 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106236/05A RU2409414C2 (ru) 2009-02-25 2009-02-25 Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов и способ выделения спиртов или эфиров
PCT/RU2010/000054 WO2010098695A1 (en) 2009-02-25 2010-02-09 Supported liquid membrane and method for recovery of organic compounds from aqueous solutions

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009106236/05A RU2409414C2 (ru) 2009-02-25 2009-02-25 Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов и способ выделения спиртов или эфиров

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009106236A RU2009106236A (ru) 2010-08-27
RU2409414C2 true RU2409414C2 (ru) 2011-01-20

Family

ID=42299484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009106236/05A RU2409414C2 (ru) 2009-02-25 2009-02-25 Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов и способ выделения спиртов или эфиров

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2409414C2 (ru)
WO (1) WO2010098695A1 (ru)

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5013447A (en) * 1989-07-19 1991-05-07 Sepracor Process of treating alcoholic beverages by vapor-arbitrated pervaporation
EP2102327A4 (en) * 2006-12-01 2010-01-06 Gevo Inc MANIPULATED MICROORGANISMS FOR THE MANUFACTURE OF N-BUTANOL AND CORRESPONDING METHODS

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009106236A (ru) 2010-08-27
WO2010098695A1 (en) 2010-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Separation of acetone–butanol–ethanol (ABE) from dilute aqueous solutions by pervaporation
Das et al. Separation of oil from oily wastewater using low cost ceramic membrane
US7341663B2 (en) Spiral-wound liquid membrane module for separation of fluids and gases
Lee et al. Pervaporative separation of bioethanol using a polydimethylsiloxane/polyetherimide composite hollow-fiber membrane
US20110042315A1 (en) Pervaporation composite membrane for aqueous solution separation and methods for using the same
CN104582819A (zh) 使用膜分离水
EP2156880A1 (en) Process for separating liquid mixtures
RU2492918C2 (ru) Тонкие первапорационные мембраны
Weibin et al. Solvent recovery from soybean oil/hexane miscella by PDMS composite membrane
WO2019096080A1 (en) A membrane-based method for decolorizing vegetable wax
JP2016041419A (ja) 分離方法及び分離装置
RU2409414C2 (ru) Жидкая мембрана для выделения спиртов или эфиров из водных растворов и способ выделения спиртов или эфиров
Trinh et al. Pervaporative separation of butanol using a composite PDMS/PEI hollow fiber membrane
CN201445829U (zh) 一种用于油水分离的离心膜分离耦合装置
Basile et al. Pervaporation and membrane contactors
CN102186780A (zh) 用于纯化来自费-托反应的含水物流的方法
RU2405831C2 (ru) Способ выделения органических растворителей из ферментационных сред
Lee et al. Separation recovery of dilute organics from aqueous solution by membrane distillation and selective condensation hybrid process
JP4078423B2 (ja) 発酵アルコール水溶液の濃縮方法及びその装置
Wang et al. Under-oil superhydrophilic salt particle filter for the efficient separation of water-in-oil emulsions
RU2532518C2 (ru) Способ выделения и концентрирования органических веществ из жидких смесей и устройство для его осуществления
RU2435629C1 (ru) Способ выделения и концентрирования органических веществ из водных сред
RU2432984C1 (ru) Способ выделения и концентрирования органических веществ из водных сред
Ismail et al. Separation of fatty acids from palm oil using organic solvent nanofiltration
JP4122435B2 (ja) 発酵アルコール含有水溶液から高濃度アルコールを製造する多機能多層構造型分離膜。

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110226