بخشی از مقاله
چکیده
بهدست آوردن دادههای تعادلی مایع- مایع و میزان حلالیت مواد مختلف در طراحی و بهینهسازی فرآیند استخراج، امری ضروری است. در این تحقیق، از استخراجکنندهی روغن آفتابگردان برای جداسازی اسید پروپیونیک از آب در سیستم سهجزئی - آب + اسید پروپیونیک + روغن آفتابگردان - استفادهشده است. دادههای منحنی حلالیت و خطوط رابط برای سیستم مذکور، در دمای 298,15 کلوین و فشار یک اتمسفر، بهدستآمده و ارائهشده است. با استفاده از این دادهها، دیاگرام فازی مثلثی برای این سیستم رسم شد. با رسم این دیاگرام، مشخص شد که سیستم موردبررسی، رفتار نوع 1 سیستمهای سهجزئی را نشان میدهد. جهت سنجش توانایی حلال روغن آفتابگردان در استخراج اسید پروپیونیک از محیط آبی، ضرایب توزیع و فاکتورهای انتخابپذیری محاسبه و گزارش شدند. مقادیر بالاتر از 1 فاکتورهای انتخابپذیری، مناسب بودن حلال موردبررسی را تأیید نمودند.
واژگان کلیدی: استخراج، تعادل مایع- مایع، اسید پروپیونیک، روغن آفتابگردان.
.1 مقدمه
دستیابی به یک گونهی شیمیایی از نمونههای طبیعی یا آزمایشگاهی، بهمنظور آنالیز و یا کاربرد دارویی، خوراکی و صنعتی آنها، مستلزم حذف سایر گونههای شیمیایی همراه در داخل نمونه است. کلیهی اعمال و فرآیندهای فیزیکی یا شیمیایی که در این راستا بهکار میروند، بهنام روشهای جداسازی نامیده میشوند. فرآیندهای تقطیر و تبخیر، از روش-های مستقیم جداسازی محسوب میشوند که محصولاتی با درجه خلوص بالا حاصل میکنند. محدودیت این روشها این است که در برخی موارد که ساختمان شیمیایی مواد، مشابه است یا تشکیل آزئوتروپ میدهند، نمیتوانند برای جداسازی مطلوب به کار روند.
لذا روش استخراج مایع- مایع بهعنوان روشی مطلوب که چنین محدودیتی ندارد، برای جداسازی بهکار میرود. اگرچه خلوص محصول در این روش نسبت به تقطیر کمتر است، اما در مواردی که استفاده از تقطیر امکانپذیر نیست، روش استخراج با حلال، یک روش مطلوب بوده و بهدلیل عدم صرف انرژی و هزینهی بالا، کاربرد گستردهای در صنعت پیداکرده است . - Ghanadzadeh et al, 2010 - در این فرآیند، به کمک یک حلال، جزء موردنظر را از محلول اولیه جدا میکنند . - Ghanadzadeh et al, 2006 - یکی از اسیدهای آلی که کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارد، اسید پروپیونیک است. این اسید توسط روشهای مختلف سنتز شیمیایی و یا فرآیندهای تخمیر تولید میشود.
بنابراین جداسازی این اسید از محلولهای مایع با کمک روشهای استخراج مایع- مایع بسیار مهم میباشد . - Geveke, 1993 - جداسازی بهینهی اسید با کمترین هزینهی ممکن، بدون دسترسی به اطلاعات مربوط به تعادلات فازی میان اسید و سایر مواد محلول، غیرممکن میباشد. مطالعات زیادی بر روی تعادل مایع- مایع اسید پروپیونیک- آب توسط حلالهای مختلف انجامشده است. سولیمو و همکارانش اثر نمکزنی را با بهکاربردن NaCl با سه غلظت مختلف در سیستم سهجزئی - آب + اسید پروپیونیک -1 + بوتانول - در دمای 303,2 کلوین بررسی کردند - .So1imo et al, 1997 - اُزمن و همکارانش، سیستم سهجزئی - آب + اسید پروپیونیک + دی متیل فتالات - را در چندین دما موردمطالعه قراردادند . - Ozmen et al, 2005 -
کِرباسلار و همکارانش، از الکلها - اوکتانول، نونانول، دکانول و دو- دکانول - بهعنوان حلال در استخراج اسید پروپیونیک استفاده کردند . - Kirbaslar et al, 2006 - قناد زاده و همکارانش، استخراج اسید پروپیونیک توسط -2 اتیل -1 هگزانول را بررسی و دادههای تعادلی خطوط رابط را بهدست آوردند . - Ghanadzadeh et al ,2008 - در تحقیق حاضر، از حلال روغن آفتابگردان برای جداسازی اسید پروپیونیک از آب استفادهشده است و تعادلات فازی مایع- مایع برای این سیستم سهتایی موردبررسی قرارگرفته است. همچنین اثر ترکیب درصد اجزاء بر روی ضرایب انتخابپذیری نیز بررسیشده است.
.2 مواد، تجهیزات آزمایش
.1-2 مواد مورداستفاده
در این تحقیق، بهمنظور استخراج اسید پروپیونیک از محیط آبی، از حلال روغن آفتابگردان استفاده شد. اسید پروپیونیک از شرکت مرک آلمان با خلوص % 99,9 و روغن آفتابگردان با نام تجاری اویلا، محصول کشور ایران، تهیه شد. بهمنظور بالا بردن دقت و کمتر شدن خطا، در تمامی آزمایشها، آب عاری از یون دو بار تقطیر مورداستفاده قرار گرفت.
.2-2 تجهیزات بهکاررفته
برای توزین مواد، از ترازوی دیجیتال تجزیهای مدل Sartorius, CPA3 24S با دقت 0,001 گرم استفاده شد. دو عدد سل شیشهای دوجداره، بهترتیب با حجمهای 250 میلیلیتر، جهت انجام عمل اختلاط مواد و 20 میلیلیتر، بهمنظور بهدست آوردن منحنی حلالیت استفاده شدند. برای اختلاط کامل اجزاء، همزن مغناطیسی انگلیسی ساخت شرکت Stuart scientific مدل SM 27 بهکار گرفته شد. دستگاه رفرکتومتر مدل Abbe Refractometer، ساخت شرکت KRUSS آلمان، برای تعیین ضریب شکست و دستگاه کارل فیشر مدل Titrino Plus Metrohm 870 KF برای تعیین درصد آب در فاز آلی بهکار گرفته شدند.
.3 روش آزمایش
.1-3 تعیین منحنی حلالیت
با تعیین منحنی حلالیت - بینودال - سیستم سهجزئی، مرز ناحیهی تک فازی و دوفازی در دیاگرام فازی مشخص میشود. برای رسم منحنی حلالیت، از روش تعیین نقطهی ابری شدن استفاده گردید. برای بهدست آوردن منحنی حلالیت در قسمت غنی از آب، محلولهای همگنی از آب و اسید با درصدهای وزنی مختلف و در محدودهای که بین ناحیهی دوفازی قرار گیرند، تهیهشده و هر نمونه توسط حلال تا نقطهی پایانی این تیتراسیون، تیتر گردید. از سوی دیگر، برای بهدست آوردن منحنی حلالیت در قسمت غنی از حلال، محلولهای همگنی از حلال و اسید، با درصدهای وزنی مختلف تهیهشده و هر نمونه توسط آب تا مرحلهی ابری شدن تیتر گردید. در تمامی این مراحل، نمونهها به درون سل شیشهای دوجداره - با حجم 20 میلیلیتر - که دمای آن توسط حمام آبی تثبیت میگردد، منتقل شدند. با مشخص بودن جرم اجزاء در سیستم دوجزئی تیتر شده و مقدار جرم جزء سوم مصرفشده تا نقطهی ابری شدن، ترکیب اجزاء در هر یک از سیستمهای سهجزئی مشخص گردیده و از مجموعهی این نقاط، منحنی حلالیت سیستم بهدست آمد.
