Integration of pervaporation in the esterification process for the reduction of energy costs
Intégration de la pervaporation dans un procédé d'estérification en vue de la réduction des coûts énergétiques
Résumé
Ethyl acrylate is synthesized by the catalytic esterification of acrylic acid and ethanol. The reaction can be described as: CH2=CH-COOH + C2H5OH D CH2=CH-COOC2H5 + H2O
Since this reaction is reversible, the removal of the water helps shifting the reaction to the right side, thus increasing the conversion of acrylic acid to ethyl acrylate.
Pervaporation is a membrane separation technique which is helpful for the dehydration of organic mixtures. In this work, we studied the industrial process for the esterification of ethyl acrylate which is continuous. To our knowledge this is the first time that the pervaporation of a mixture containing polymerizable acrylic derivatives is studied.
Firstly, the continuous esterification process was simulated on Aspen Plus. An analysis of the flowsheet diagram has identified two scenarios for improving energy performance through implementing dehydration pervaporation. In the most favorable scenario, the pervaporation can reduce 25% energy consumption or increase 25% ethyl acrylate production.
In the second part of our study, commercial membranes were tested for dehydrating mixtures which are representative of esterification reaction. The tested membranes offered good separation performance (high flux and selectivity) and high chemical resistance. The feasibility of the hybrid process is thus proven
L'acrylate d'éthyle est synthétisé par l'estérification catalytique de l'acide acrylique et de l'éthanol. La réaction s'écrit : CH2=CH-COOH + C2H5OH D CH2=CH-COOC2H5 + H2O
Comme cette réaction est équilibrée, l'élimination de l'eau produit par la réaction permet de déplacer la réaction, donc d'augmenter le taux de conversion de l'acide acrylique et la productivité en acrylate d'éthyle.
La pervaporation est une technique de séparation membranaire, qui est potentiellement intéressante pour la déshydratation de mélanges organiques. Dans ce travail, nous avons étudié le procédé industriel de l'estérification de l'acrylate d'éthyle qui est continu. C'est la première fois que la pervaporation d'un mélange complexe contenant des dérivés acryliques polymérisables est étudiée.
Tout d'abord le procédé continu d'estérification a été simulé sur Aspen Plus. Une analyse du schéma de procédé a permis d'identifier deux scénarii d'amélioration des performances énergétiques par pervaporation. Dans le scénario le plus favorable, la pervaporation permet de réduire de 25% la consommation d'énergie ou d'augmenter de 25% la production. Dans la deuxième partie de notre étude, des membranes commerciales ont été testées pour déshydrater des mélanges représentatifs du milieu d'estérification. Les membranes testées ont montrées de bonnes performances de séparation (flux et sélectivité élevées) et de bonnes résistances chimiques. La faisabilité de l'intégration de la pervaporation au procédé est donc prouvée