مطالعه اثر کاربرد فرآیند نفوذ بخار بر افزایش پیشرفت واکنش تولید ایزوپروپیل پروپیونات

در دهه های اخیر فرآیندهای غشایی به مانند تراوش تبخیری و نفوذ بخار به منظور آبزدایی محلولهای آلی و همچنین جداسازی ترکیبات فرار آلی جایگاه خاصی را در بین عملیات جداسازی در صنایع مختلف به خود تخصیص داده اند. علاوه بر این، همراه کردن واکنش های تعادلی به مانند استری شدن با فرآیند جداسازی غشایی نفوذ بخار و تراوش تبخیری موجب دسترسی به درصد تبدیل بالاتر میشود. در این تحقیق فرآیند استریفیکاسیون ایزوپروپیل الکل و پروپیونیک اسید همراه با فرآیندغشایی نفوذ بخار با کاربرد دو نوع غشائ متفاوت، یکی زئولیتی naa به شکل استوانه ای و دیگری غشاء مسطح پلیمری با نام تجاری pervap®2201 مورد بررسی قرار گرفت. در این فرآیند غشاء با دفع آب از محیط واکنش موجب افزاش درصد تبدیل اسید شد. به منظور تسهیل واکنش استری شدن از دو نوع کاتالیست استفاده گردید. بدین منظور پارا تولوئن سولفونیک اسید به مقدار 3درصد وزنی و همچنین آمبرلیست 15 در 4 مقدار 3 ، 4 ، 10 و12 درصد وزنی نسبت به اسید اولیه مصرفی به مخلوط واکنش اضافه شدند. نتایج نشان داد ترکیب کردن فرآیند نفوذ بخار با کاربرد هر یک از دو نوع غشای موجب افزایش درصد تبدیل اسید میشود. به عنوان مثال با کاربرد کاتالیست پاراتولوئن سولفونیک اسید و مقدار نسبت الکل به اسید 5/1:1 هنگامیکه از فرآیند غشایی استفاده نگردید، درصد تبدیل تعادلی نزدیک به 72 % حاصل گشت، در حالیکه در فرآیند ترکیبی با کاربرد غشاء زئولیتی و یا غشاء پلیمری تبدیل کامل در زمان های کوتاهی بدست آمد. بررسی تاثیر نسبت مولی الکل به اسید بر فرآیند واکنش در سه نسبت مولی (1:1 ، 5/1:1 و 1:3 ) انجام گرفت. نتایج نشان داد نسبت مولی الکل به اسید تاثیر بسزایی بر واکنش دارد و بیشترین مقدار درصد تبدیل در فرآیندهای بررسی شده با کاربرد غشاها و کاتالیست های مختلف به ازای نسبت الکل به اسید 5/1:1 بدست می آید. علاوه براین افزایش نسبت مولی الکل به اسید از 5/1:1 به 1:3 به مانند آنچه در فرآیند واکنش محض مشاهده شده نه تنها باعت افزایش درصد تبدیل نمی گردد، بلکه افزودن فرآیند غشایی کنار واکنش موجب معکوس شدن اثر فوق میشود. تاثیر مقدار بار کاتالیست بر میزان پیشرفت واکنش در محدوده ی 3 تا 12 درصد وزنی نسبت به وزن اسید اولیه مصرفی برای کاتالیست آمبرلیست صورت گرفت. همانطور که در تحقیقات دیگر محققین نیز مشاهده شده، افزایش مقدار کاتالیست مصرفی تاثیر مثبت بر فرآیند واکنش دارد. بررسی تاثیر نوع غشاء بر واکنش نشان داد که عملکرد غشاء پلیمری در فرآیندهای ترکیبی با مقدار درصد تبدیل اسید بالاتر به علت افزایش اثر تورم غشاء پلیمری در محیط های غنی تر از آب تضعیف میشود. همچنین مطالعه ی نتایج نشان داد، پیشرفت واکنش در فرآیند هایی که در آنها از کاتالیست آمبرلیست استفاده شده کمتر می باشد. به عنوان مثال کاربرد کاتالیست آمبرلیست 15 و پارا تولوئن سولفونیک اسید به مقدار 3 درصد وزنی تحت شرایط آزمایشی یکسان موجب بدست آمدن مقادیر درصد تبدیل به ترتیب برابر با 50 و 100 درصد درطول مدت 180 و 140 دقیقه در طول فرآیند ترکیبی واکنش با کاربرد غشاء پلیمری میشود. بررسی مقادیر فاکتور جداسازی نشان داد این عامل رفتار قابل پیش بینی نداشته که علت آن می تواند به دلیل تاثیر پذیری این فاکتور از دو فرآیند واکنش و جداسازی باشد. از آنجاییکه درطول این فرآیند ترکیبی عواملی به مانند نرخ تبخیر، نسبت مولی مواد واکنشگر و همچنین نقطه جوش فرآیند تغییر میکند، مشاهده مقادیر فاکتور جداسازی در محدوده ای وسیع دور از انتظار نمی باشد.