Höyrypermeaatio ja pervaporaatio etanoli-vesi -seosten erotuksissa

Abstract

Perinteisesti erotusmenetelmänä käytetty tislaus soveltuu huonosti komponenteille, jotka muodostavat keskenään atseotroopin. Esimerkiksi vesi ja etanoli muodostavat atseotroopin 94 massa-%:n etanolipitoisuudessa. Sen sijaan höyrypermeaatiolle ja pervaporaatiolle atseotroopit eivät tuota ongelmia, joten niitä voidaan käyttää esimerkiksi puhtaan bioetanolin valmistuksessa erotusmenetelmänä.

Tämä kandidaatintyö käsittelee höyrypermeaatiota ja pervaporaatiota erotusmenetelmänä vesi-etanoliseoksille. Työssä perehdytään aluksi lyhyesti höyrypermeaation ja pervaporaation teoriaan, minkä jälkeen käydään läpi suoritettujen laboratoriokokeiden koejärjestely. Seuraavana käsitellään kokeista saadut tulokset ja viimeisenä pohditaan tulosten merkitystä ja yleistettävyyttä. Myös laboratoriokokeiden onnistumista käydään jonkin verran läpi.

Työn tavoitteena on tutustuttaa lukija höyrypermeaation ja pervaporaation käyttöön erotusmenetelmänä sekä tuoda esille joitakin näiden menetelmien etuja perinteiseen tislaukseen nähden. Lisäksi vertaillaan höyrypermeaation ja pervaporaation tehokkuutta eri lähtötilanteissa (lämpötila ja syötteen etanolipitoisuus). Näin pyritään löytämään sopivin prosessi eri tilanteisiin.

Koska kyseessä on kandidaatintyö, saatuja tuloksia ei kuitenkaan ole käsitelty sellaisella laajuudella, että niiden perusteella voisi tehdä kattavia yleistyksiä höyrypermeaation ja pervaporaation käytettävyydestä eri tilanteissa. Tuloksia voidaankin pitää lähinnä suuntaa antavina mahdollisia tulevia tutkimuksia varten.

Distillation, the most common separation method in chemical industry, is poorly applicable for mixtures containing components which form azeotropes with each other. Water and ethanol, for example, form an azeotrope when mass concentration of ethanol reaches approximately 94 %. Vapour permeation and pervaporation, however, are separation methods not limited by azeotropes. Thus, they can be utilized e.g. in production of pure bioethanol.

This bachelor’s thesis discusses vapour permeation and pervaporation as separation methods for mixtures containing water and ethanol. At first, a short literature review about vapour permeation and pervaporation is introduced. Next, the setting of laboratory experiments executed is shown. After this, results acquired from the experiments are discussed, and finally, meaning and generalization of the results is considered. Also, success of the experiments is discussed.

The goal of this thesis is to introduce the use of vapour permeation and pervaporation as separation methods to the reader. Some advantages of these methods over traditional distillation are also discussed. In addition, vapour permeation and pervaporation are compared in different initial conditions (temperature and feed ethanol concentration). Thus, an attempt to find the optimal process for different situations is made.

Since this is a bachelor’s thesis, the results acquired from the laboratory experiments are not discussed in such an extent, that comprehensive generalisations based on the results could be made. Instead, the results can rather be seen as guidelines for future studies concerning vapour permeation and pervaporation.