Membran reaktörde izopropil asetat üretiminin incelenmesi
Investigation of isopropyl acetate production in the membrane reactor
Yazar: NAZLI YENİHAN YÜZER
Danışman: PROF. DR. NİLÜFER HİLMİOĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Günümüzde enerji ve çevre dostu, düşük maliyetli bu üretim yöntemleri dikkat çekmektedir. Membran reaktör tek bir sistem içinde hem ayırmayı hem de reaksiyonu eş zamanlı gerçekleştirebilen ideal bir yöntemdir. Bu yöntem ile tersinir reaksiyonların verimi arttırılır. Enerji tasarrufu ve buna bağlı olarak düşük maliyetli olmasının yanı sıra çevreci bir teknoloji olması membran reaktörlerin en büyük tercih sebebidir. Pervaporasyon membran reaktörler son yıllarda kullanımı yaygınlaşmış proseslerdir. Bu sistemde pervaporasyon ünitesinde membran, reaksiyondan ayırılmak istenen ürünün türüne göre hidrofilik ya da hidrofobik seçilerek reaksiyon dönüşümünü artırır. Bu çalışmada homojen katalizör olarak H2SO4, polimer olarak poli(vinil alkol) seçilmiştir. Polivinil alkolün (PVA) sülfonasyonu ile katalitik membran hazırlanmıştır. Seçilen reaksiyon asetik asit ile izopropanolün esterleşmesidir. Reaksiyon dönüşüm değerleri, serbest katalizör olarak sülfürik asidin kullanıldığı kesikli reaktör ve sülfolanmış PVA'nın katalitik membran olarak kullanıldığı katalitik membranlı kesikli reaktör ile saf PVA membran ve H2SO4'ün katalizör olarak kullanıldığı pervaporasyon membran reaktörde karşılaştırılmıştır. Bu reaksiyonda yapılan deneyler sonucunda en ideal reaksiyon koşulları sıcaklık 80°C, başlangıç reaktan alkol/asit mol oranı 9, katalizör miktarı PVA'ya göre ağırlıkça %30 olarak belirlenmiştir. Bu koşullarda dönüşüm değerleri serbest katalizörlü kesikli reaktörde %74,40, katalitik membranlı kesikli reaktörde %79,58, pervaporasyon membran reaktörde ise %87,58 olarak bulunmuştur. Pervaporasyon membran reaktörde kesikli reaktör uygulamalarından daha yüksek dönüşüm değerleri elde edildiği görülmüştür.

Abstract:
Today, energy and environment-friendly, low-costly production methods are noteworthy. Membrane reactor is an ideal method that can perform both separation and reaction simultaneously in a single system. This method improves the yield of reversible reactions. Because of energy saving, low cost, environmentally friendly technology, membrane reactors are the preferred processes. Pervaporation membrane reactors are the processes that have become widespread in recent years. In this system, the reaction conversion is increased by selecting hydrophilic or hydrophobic membrane material according to the type of product to be separated from the reaction. In this study, H2SO4 as homogeneous catalyst and poly (vinyl alcohol) as polymer were selected. The catalytic membrane was prepared by sulfonation of polyvinyl alcohol (PVA). The selected reaction is the esterification of isopropanol with acetic acid. The reaction conversion values were compared in the pervaporation membrane reactor in which the pure PVA membrane and H2SO4 catalyst used with batch reactors in which sulfuric acid used as the free catalyst and catalytic membrane used as the catalyst. As a result of the experiments carried out for this reaction, the optimum reaction conditions were determined as temperature: 80 ° C, the initial reactant molar ratio: 9, and the catalyst amount: 30% by weight based on PVA. In these conditions, the conversion values were found 74,40% in the batch reactor with free catalyst, 79,58% in the batch reactor with catalytic membrane and 87,58% in pervaporation membrane reactor. Higher conversion values were obtained in the pervaporation membrane reactor than the batch reactor esterification applications.