Πειραματικές μετρήσεις και θερμοδυναμική μοντελοποίηση της χρήσης ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό του αζεοτροπικού μίγματος 2-προπανόλη/νερό

Δήμου, Άννα- Ελπίδα; Dimou, Anna- Elpida

dc.contributor.author	Δήμου, Άννα- Ελπίδα	el
dc.contributor.author	Dimou, Anna- Elpida	en
dc.date.accessioned	2016-12-16T11:57:55Z
dc.date.available	2016-12-16T11:57:55Z
dc.date.issued	2016-12-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44149
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13518
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Ιοντικά υγρά	el
dc.subject	2-προπανόλη/νερό	el
dc.subject	Αζεότροπο	el
dc.subject	Ισορροπία φάσεων ατμού-υγρού	el
dc.subject	Εκχυλιστική απόσταξη	el
dc.subject	Θερμοδυναμική μοντελοποίηση	el
dc.subject	Ionic liquids	en
dc.subject	2propanol/water	en
dc.subject	Azeotrope	en
dc.subject	Equilibrium phase	en
dc.subject	Extractive distillation	en
dc.subject	Thermodynamic modeling	en
dc.title	Πειραματικές μετρήσεις και θερμοδυναμική μοντελοποίηση της χρήσης ιοντικών υγρών για το διαχωρισμό του αζεοτροπικού μίγματος 2-προπανόλη/νερό	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Χημική θερμοδυναμική	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/12f978f53da9dfd6e96febfecdddcd4833f20027
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-04
heal.abstract	Τα ιοντικά υγρά αποτελούν μία νέα κατηγορία διαλυτών ικανά να αντικαταστήσουν τους κοινούς οργανικούς διαλύτες προσφέροντας μια πληθώρα από πλεονεκτήματα, όπως τη χαμηλή τάση ατμών, την υψηλή θερμική και χημική σταθερότητα και τη μη ευφλεκτότητα. Αποτελούνται από ένα ασύμμετρο οργανικό κατιόν και από ένα μικρότερο ανόργανο ή οργανικό ανιόν. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας αποτέλεσε η εξέταση της ικανότητας χρήσης των ιοντικών υγρών, φορμικό 2-υδροξυαιθυλαμμώνιο (2ΗΕΑF), οξικό 2-υδροξυαιθυλαμμώνιο (2HEAA) και βουτυρικό 2-υδροξυαιθυλαμμώνιο (2HEAB), ως συνδιαλύτες στον διαχωρισμό του αζεοτροπικού του μίγματος 2-προπανόλη/νερό, με εφαρμογή στη διεργασία της εκχυλιστικής απόσταξης. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκαν πειραματικές μετρήσεις ισορροπίας φάσεων τόσο του δυαδικού μίγματος 2-προπανόλη/νερό όσο και των τριαδικών μιγμάτων 2-προπανόλη/νερό/ιοντικό υγρό. Μελετήθηκε η επίδραση του ανιόντος και της συγκέντρωσης του ιοντικού υγρού, στην ισορροπία των φάσεων του συστήματος. Συγκεκριμένα μελετήθηκαν τρεις διαφορετικές συγκεντρώσεις για κάθε ιοντικό υγρό στο αρχικό μίγμα 2-προπανόλη/νερό: 10%, 15%, 20 % w/w. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας έγινε επίσης θερμοδυναμική μοντελοποίηση των πειραματικών δεδομένων με τα μοντέλα τοπικής σύστασης UNIQUAC και NRTL. Τέλος, με τη βοήθεια των μοντέλων που αναπτύχθηκαν, υπολογίστηκαν οι ελάχιστες συγκεντρώσεις ιοντικών υγρών που απαιτούνται για τη διάσπαση του αζεότροπου. Mε την προσθήκη των ιοντικών υγρών στο μίγμα, όπου αλληλοεπιδρούσαν εκλεκτικά με το νερό, εμπλουτίζονταν η ατμώδης φάση με το συστατικό 2-προπανόλη και συνεπώς αυξάνονταν η σχετική πτητικότητα του συστήματος. Ως εκ τούτου, μετατοπίζονταν το αζεοτροπικό σημείο σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις 2-προπανόλης. Από τις πειραματικές μετρήσεις διαπιστώθηκε ότι το ιοντικό υγρό 2ΗΕΑF είναι ο καλύτερος συνδιαλύτης, ακολουθεί το 2ΗΕΑΑ και τέλος το 2ΗΕΑΒ. Έτσι η αύξηση του μεγέθους του ανιόντος επιδρά αρνητικά στο διαχωρισμό, συγκεκριμένα όσο μικρότερο το ανιόν του ιοντικού υγρού τόσο ευκολότερος ο διαχωρισμός του μίγματος. Όσον αφορά τη συγκέντρωση των ιοντικών στο αρχικό μίγμα σημειώθηκε ότι αυξανομένης της συγκέντρωσης επιτυγχάνεται μεγαλύτερη μετατόπιση του αζεοτροπικού σημείου έως τον πλήρη διαχωρισμό του. Από βιβλιογραφική έρευνα προκύπτει ότι ιοντικά υγρά όπως το [Βmim][Cl], το [Βmim][OΑc], το [Εmim][OΑc], το [Βmim][BF4], το [Βmim][N(CN)2] και το [Εmim][N(CN)2] είναι λιγότερο αποτελεσματικά σε σχέση με τα ιοντικά υγρά που μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία μιας και απαιτούνται μικρότερες συγκεντρώσεις αυτών για την εξαφάνιση του αζεοτρόπου. Η θερμοδυναμική μοντελοποίηση του συστήματος με τα μοντέλα τοπικής σύστασης UNIQUAC και NRTL, ήταν ιδιαίτερα επιτυχής, δίνοντας μικρά σφάλματα στις θερμοκρασίες σημείου φυσαλίδας και τις συστάσεις της ατμώδους φάσης. Οι απαιτούμενες ποσότητες ιοντικού υγρού για το διαχωρισμό του αζεότροπου στις συνθήκες του πειράματος, όπως υπολογίστηκαν με το μοντέλο UNIQUAC, είναι: 12.5 % w/w 2HEAF, 13.2 % w/w 2HEAA και 19 % w/w 2HEAB. Εν κατακλείδι, η χρήση ιοντικών υγρών 2ΗΕΑF, 2HEAA και 2HEAB ως συνδιαλύτες για τη διάσπαση του αζεοτρόπου στο μίγμα 2-προπανόλη/νερό ήταν ιδιαίτερα επιτυχής. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα των συνδιαλυτών αυτών είναι ότι παρουσιάζουν υψηλά ποσοστά βιοαποικοδομησισημότητας, όπως έχει βρεθεί από άλλες διπλωματικές εργασίες. Τέλος, η χρήση του 2ΗΕΑF ως συνδιαλύτης στο διαχωρισμό της 2-προπανόλης από υδατικά διαλύματα με εκχυλιστική απόσταξη αποτελεί μια ελκυστική πρόταση.	el
heal.abstract	onic Liquids consist a new class of solvents, able to replace the conventional organic solvents, offering plethora of advantages, such as negligible vapor pressure, high thermal and chemical stability and non-flammability. They consist of an asymmetric cation and a smaller inorganic or organic anion. The aim of this diploma thesis was to evaluate the ionic liquids 2-hydroxyethyl -ammonium formate (2HEAF), 2-hydroxyethyl-ammonium acetate (2HEAA), 2-hydroxyethyl-ammonium butyrate (2HEAB) for the separation of the 2-propanol/water azeotropic mixture by extractive distillation. For this reason, isobaric vapor-liquid equilibrium measurements of 2-propanol/water and 2-propanol/water/entrainer were performed. Furthermore, the effect of the anion and concentration of the ionic liquids were examined. Τhe ionic liquids 2HEAF, 2HEAA and 2HEAB were synthesized and examined in three different initial concentrations of 10%. 15%, 20 % w/w. Moreover, the behavior of the system was modeled using the local composition UNIQUAC and NRTL models. Moreover, UNIQUAC and NRTL were used for the calculation of the minimum required concentration of entrainer in order to break the azeotrope.Experimental results showed that the introduction of ionic liquids in the mixture, which interacted selectively with water, lead to the enrichment of the vapor phase in 2-propanol and to an increase of relative volality of the 2-propanol/water system. Consequently, the azeotropic point was displaced at higher concentrations of 2 -propanol. The experimental data demonstrated that among the ILs studied in this work, 2HEAF is the best candidate for use as entrainer for the azeotropic separation, followed by 2HEAA and 2HEAB. It was shown that the size of the anion affects negatively the separation; the smaller size of the anion the easier separation of the mixture is achieved. As far as the concentration of ionic liquid is concerned, the experimental measurements show that as theconcentration increases, better separation was achieved. Based on other research studies about the separation of the mixture 2-propanol/water with ionic liquids, it was found that [Bmim][Cl] , [Bmim][OAc], [Emim][OAc], [Bmim][BF4], [Bmim][N(CN)2] and [Emim][N(CN)2], are less effective for the separation of 2-propanol/water mixture as compared to the ILs studied in this diploma thesis. Thermodynamic modeling of the system with the local composition UNIQUAC and NTRL models was succe ssfully performed resulting in relatively small errors. The minimum required concentration of each entrainer, as calculated with the UNIQUAC model, for the elimination of azeotropic point are: 12.5 % w/w for 2HEAF, 13.2 % w/w for 2HEAA and 19 % w/w for 2HEAB. In conclusion, the separation of the binary system 2-propanol/water using ionic liquids 2ΗΕΑF, 2HEAA and 2HEAB was successfully achieved. An important advantage of these solvents is their high ability to biodegrade, as others studies have 7 shown. Finally, the ionic liquid 2HEAF was proved to be the best choice as entrainer for the separation of the 2-propanol/water system by extractive distillation.	en
heal.advisorName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Βουτσάς, Επαμεινώνδας	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ). Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	118 σ.
heal.fullTextAvailability	true