Mass transport mechanisms and module design aspects in the recovery of dilute volatile organic compounds by hydrophobic pervaporation

Abstract: Popular Abstract in Swedish Hydrofob pervaporation är en lovande teknik för återvinning och anrikning av aromer under milda betingelser men kommersiella tillämpningar av denna process är fortfarande outvecklade. Bättre kunskap om masstransportfenomen i kompositmembran avsedda för pervaporation behövs för utveckling av membran medan processimulering är ett viktigt verktyg för att optimera modulutformning. Målet med detta arbete var att studera såväl masstransport genom kompositmembran som moduldesign vid aromåtervinning med pervaporation. I studierna av membranegenskaper delades membranmotståndet i två delar: motståndet i det aktiva skiktet och motståndet i stödskiktet. Pervaporationsexperiment utfördes med homologa serier av alkoholer och estrar för att utvärdera inverkan av ämnenas egenskaper, som molekylstorlek, flyktighet, kemiska egenskaper och polaritet, på kompositmembranets separeringsförmåga. Sorptionsexperiment utfördes på samma polymermaterial som det aktiva skiktet och medeldiffusionskoefficienter beräknades från flux erhållna vid pervaporationsförsök. Såväl löslighetsstudierna som diffusionsstudierna visade att det finns en tendens till klusterbildning för vatten och små polära molekyler vilket i sin tur orsakar minskning i diffusivitet för de polära ämnen som transporteras genom membranet. Beträffande stödskiktets inverkan bör en lämplig kompromiss göras mellan material och geometrisk karaktäristik för stödstrukturen och det aktiva skiktets tjocklek för att förbättra masstransportegenskaperna. Detta gäller speciellt för tryckkänsliga ämnen. Moduldesignaspekter studerades genom processimulering med en modifierad version av ett befintligt program avsett för aromåtervinning med pervaporation. Inverkan av viktiga process- och moduldesignparametrar på prestanda för en modul studerades för fyra aromämnen, två alkoholer och två estrar. Resultaten från simuleringarna visade att modellering av modulprestanda är en viktig aspekt vid optimering av pervaporationsanläggningar.