Các dung môi thông dụng dùng cho ứng dụng này được tóm tắt ở bảng 3.16, bao gồm các chất sau:
- các hợp chất glycol như di-, tri-, và tetra-ethylenglycol (viết tắt DEG, TEG và TETRA) - các hợp chất amide như N-methyl-2-pyrrolidon (NMP), N-formylmorpholine (NFM) - các dẫn xuất oxy của các phân tử lưu huỳnh như dimethylsulfoxyde (DMSO) hay
tetramethylensulfone (sulfolan).
Các loại dung môi trên có các tính chất thông thường của các loại dung môi công nghiệp như: độ ổn định nhiệt và hóa cao, độ ăn mòn và tính độc nhỏ, tính sẵn dùng cao và giá cả hợp lý (5-35 F/kg).
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 100
Bảng 3.16 Tính chất của các dung môi sử dụng để trích ly các hợp chất aromatic
3.4.3.1. Khả năng hòa tan và độ chọn lọc
Các dung môi có cấu trúc phân tử được cấu thành từ một gốc hay một vòng hydrocarbon khá ngắn và từ một nhóm phân cực. Cấu trúc này tạo cho dung môi một mặt: có tính chất trộn lẫn giữa chúng với nước nhờ nhóm phân cực và mặt khác: có tính chất chọn lọc đối với các hydrocarbon aromatic nhờ gốc hay vòng hydrocarbon.
Trong thực tế đối với một hydrocarbon cho trước, dung môi có độ hòa tan ngoài việc phụ thuộc chủ yếu vào bản chất hóa học của hydrocarbon, mà chúng còn phụ thuộc vào kích thước phân tử của hydrocarbon. Cụ thể khi xét đến:
* Các họ hóa học khác nhau của hydrocarbon, đối với các cấu tử có cùng số nguyên tử C ta luôn có độ hòa tan trong dung môi của chúng giảm dần theo thứ tự sau:
aromatic>diolefine>olefin>naphten>parafin
* Còn trong cùng một họ hóa học, độ hòa tan giảm khi khối lượng phân tử của hydrocarbon tăng lên.
Để so sánh hiệu quả của các dung môi khác nhau, ta đặt chúng trên giản đồ: độ chọn lọc- khả năng hòa tan cho hệ 3 cấu tử dung môi-benzene-hexane ở 25°C (hình 3.21). Trên hoành độ, khả năng hòa tan của dung môi được diễn tả bằng hệ số phân bố của benzen ban đầu theo tỉ lệ thể tích. Trên tung độ, độ chọn lọc được diễn tả bằng tỷ lệ hệ số phân bố của benzene và hexane. Ta thấy có sự phân tán khá rộng của các điểm, với khuynh hướng rõ nét tuân theo quy luật nghịch biến giữa độ chọn lọc và khả năng hòa tan. Hai dung môi có sự hài hòa của 2 tính chất đó là DMSO và sulfolan. Hoặc một hỗn hợp của hai dung môi, ví dụ NMP và EG cũng có các tính chất trung gian của các cấu tử này vì chúng nằm trên đường chéo của 2 tính chất.
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 101
Hình 3.21 Mối quan hệ giữa độ chọn lọc và khả năng hòa tan các aromatic của các dung môi
Các mũi tên có trên giản đồ chỉ ra rằng hai tiêu chuẩn trên của dung môi có thể bị thay đổi: - Hoặc bởi sự gia thêm nước: sự thêm nước vào dung môi sẽ làm giảm khả năng hòa tan của
dung môi và làm tăng độ chọn lọc của dung môi,
- Hoặc bởi sự thay đổi nhiệt độ: tăng nhiệt độ sẽ cải thiện khả năng hòa tan của dung môi nhưng lại làm giảm tính chọn lọc của nó.
Trong quá trình trích ly, nhiệt độ và hàm lượng nước trong dung môi là hai thông số có ảnh hưởng quyết định đối với giai đoạn trích ly nói riêng và cũng có ảnh hưởng quan trọng đối với các công đoạn hạ nguồn (hoàn nguyên). Vì vậy chúng cần được tối ưu hóa cho mỗi quá trình. Các điều kiện vận hành của các loại dung môi chính trong tháp trích ly được giới thiệu trong bảng 3.17.
Bảng 3.17 Các điều kiện vận hành của dung môi khác nhau
3.4.3.2. Các tính chất vật lý khác
Theo như các tính chất vật lý chính được nêu trong bảng 3.16, ta có thể nhận thấy nói chung các dung môi đều cần các tính chất sau:
Nhiệt độ kết tinh khá thấp để trong quá trình bảo quản chúng không bị kết tinh. Đối với các dung môi như sulfolan, DMSO và NFM có nhiệt độ kết tinh cao, đòi hỏi phải có các đường ống hơi trong các thùng chứa lưu trữ.
Nhiệt độ sôi cao hơn rõ rệt nhiệt độ sôi của xylen (≈140°C), là chất thường ít bay hơi nhất trong các hợp chất aromatic được trích ly. Nhờ vậy, quá trình tái sinh dung môi từ phần trích được thực hiện bằng phương pháp chưng cất tự nhiên và do đó rất tiết kiệm.
Tỷ trọng gần hoặc cao hơn 1,1, điều này bảo đảm sự khác biệt về tỷ trọng với các hydrocarbon của nguyên liệu (khối lượng riêng ở 20°C khoảng 0.660-0.880 g/cm3), tạo điều kiện tốt cho sự đối lưu các dòng trong tháp trích ly và quá trình lắng phân riêng các pha.
Độ nhớt có thể là cao ở nhiệt độ thường, đặc biệt đối với các dung môi glycol (61.9 mPa.s/20°C), tuy nhiên luôn luôn nhỏ hơn 2,5 mPa.s ở nhiệt độ sử dụng trong tháp trích ly và do đó
Tài liệu tham khảo dành cho sinh viên 10H5 năm học 2013-2014 102 độ nhớt này tạo điều kiện cho quá trình động học truyền khối diễn ra nhanh chóng.