Парофазное разделение водно-спиртовых смесей промышленной нанофильтрационной мембраной НаРМ
Концентрирование спиртов из разбавленных водных растворов является одной из актуальных задач, решение которой необходимо в том числе для использования энергии из возобновляемого сырья. Одним из перспективных процессов концентрирования спиртов является парофазный мембранный метод с применением водо-селективных мембран. В работе проведено исследование транспортных и разделительных характеристик промышленной нанофильтрационной мембраны НаРМ производства АО «РМ Нанотех» при разделении смесей паров воды и алифатических С1-С4 спиртов при температуре 60 °С. Данные исследования показывают существенное изменение транспортных и разделительных характеристик мембраны при её использовании в парофазном процессе, что связано с постепенным удалением глицерина, применяемого в качестве консерванта. Полученные стабильные значения демонстрируют высокую проницаемость паров воды, на уровне коммерческих первапорационных мембран, и селективность вода/спирты в диапазоне 25-45. Результаты исследования могут помочь расширить область практического применения отечественной мембраны для процессов выделения и концентрирования спиртов из разбавленных водных растворов парофазным мембранным методом.
The concentration of alcohols from dilute aqueous solutions is one of the important tasks, which is also necessary for the use of energy from renewable raw materials. One of the promising processes of alcohol concentration is the vapor-phase membrane method using water-selective membranes. The paper represent the study of the transport and separation characteristics of the industrial nanofiltration membrane NaRM produced by “RM Nanotech” JSC when separating vapor mixtures of water and aliphatic C1-C4 alcohols at a temperature of 60 °C. Results show a significant change in the transport and separation characteristics of the membrane when it is used in the vapor phase process that is associated with the gradual removal of glycerin used as a preserving agent. The obtained stable values demonstrate high water vapor permeability, compared with the level of commercial pervaporation membranes, and water/alcohols selectivity in the range 25-45. The results of the study can help expand the scope of practical application of the industrial membrane for the processes of recovery and concentration of alcohols from dilute aqueous solutions by the vapor-phase membrane method.
Ключевые слова: мембранное разделение паров, гидрофильные мембраны, водно-спиртовые смеси, низшие алифатические спирты.
Keywords: membrane vapor separation, hydrophilic membranes, water-alcohol mixtures, lower aliphatic alcohols.
Список литературы
1. Yang Y., Tian Z., Lan Y., Wang S., Chen H. An overview of biofuel power generation on policies and finance environment, applied biofuels, device and performance // J. Traf. Transport. Engineer. (English Edition). 2021. Vol. 8. №. 4. P. 534-553.
2. Schubert T. Production routes of advanced renewable C1 to C4 alcohols as biofuel components – a review // Biofuels. Bioprod. Bioref. 2020. Vol. 14. №. 4. P. 845-878.
3. Bojic S., Martinov M., Brcanov D., Djatkov D., Georgijevic M. Location problem of lignocellulosic bioethanol plant – Case study of Serbia // J. Clean. Product. 2018. Vol. 172. P. 971-979.
4. Devi A., Singh A., Bajar S., Pant D., Din Z.U. Ethanol from lignocellulosic biomass: An in-depth analysis of pre-treatment methods, fermentation approaches and detoxification processes // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2021. Vol. 9. №. 5. P. 105798.
5. Шиповалов А.Н., Дудин С.М., Подорожников С.Ю., Воронин К.С. Определение количества метанола, закачиваемого в ПХГ, для предотвращения гидратообразования // Современные наукоемкие технологии. 2016. №. 1-3. C. 85-89.
6. Teixeira A.M., Arinelli L., Medeiros J.L. Recovery of thermodynamic hydrate inhibitors methanol, ethanol and MEG with supersonic separators in offshore natural gas processing // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018. Vol. 52. P. 166-186.
7. Patel S.K.S., Kumar V., Mardina P., Li J., Lestari R., Kalia V.C., Lee J.K. Methanol production from simulated biogas mixtures by co-immobilized Methylomonas methanica and Methylocella tundrae // Bioresource Technology. 2018. Vol. 263. P. 25-32.
8. Ma K., Ruan Z., Shui Z., Wang Y., Hu G., He M. Open fermentative production of fuel ethanol from food waste by an acid-tolerant mutant strain of Zymomonas mobilis // Bioresource Technology. 2016. Vol. 203. P. 295-302.
9. Sahu O. Appropriateness of rose (Rosa hybrida) for bioethanol conversion with enzymatic hydrolysis: Sustainable development on green
Модельные водные растворы спиртов имели состав, соответствующий содержанию компонентов в промышленных и ферментационных смесях: метанола и этанола – около 10 масс. %, пропанола и бутанола – около 1 масс. %. Эксперименты проводили при температуре 60 °С с использованием лабораторной диффузионной ячейки проточного типа, рабочая площадь образца мембраны составляла 25 см2. Для получения и подачи паров в ячейку использовали барботёр, поток газа-носителя (азот) с парами циркулировал между барботёром и ячейкой с расходом около 15 см3/с, что обеспечивало невысокую степень извлечения паров из потока питания для корректного определения проницаемости. Диффузионная ячейка, барботер, ротаметр, циркуляционный насос и соответствующие соединительные трубопроводы размещали в воздушном термостате (ВТ) с целью предотвращения конденсации паров в циркуляционном контуре между барботером и ячейкой. Во время эксперимента абсолютное давление над мембраной было равно атмосферному, по