Screening of ionic liquids as green entrainers for ethanol water separation by extractive distillation: COSMO-RS prediction and aspen plus simulation

离子液体 萃取蒸馏 乙二醇 四甲基铵 化学 工艺工程 过程模拟 蒸馏 化学工程 过程(计算) 有机化学 计算机科学 催化作用 离子 操作系统 工程类
作者
Huzaifa Malik,Huma Warsi Khan,Mansoor Ul Hassan Shah,Muhammad Imran Ahmad,Iqra Khan,Abdullah A. Al‐Kahtani,Mika Sillanpää
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier]
卷期号:311: 136901-136901 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2022.136901
摘要

Ionic liquids (ILs) have been demonstrated as promising alternatives to conventional entrainers in separation of azeotropic mixtures mostly investigating phase equilibrium and process design scenarios. However, proper selection of ILs for a specific task always remains challenging. Hence a simulation tool, i.e. conductor like screening model for real solvents (COSMO-RS) was applied to address this challenge. Furthermore, screened ILs were simulated as entrainers for ethanol water separation by extractive distillation. The current study also aims to demonstrate a systematic approach to retrofit existing processes, by employing ILs as green entrainers. Screening of twenty-five (25) ILs was carried out using COSMO-RS to select suitable ILs as green entrainers based on activity coefficient, capacity and selectivity. Results illustrated that tetramethylammonium chloride ([TMAm][Cl]) due to its strong hydrogen bonding ability was found to be the best ILs entrainer. Moreover, in order to reduce the operating costs without compromising desired product purity (ethanol purity ≥99.5% in top product), the selected ILs (8 kg/h) in a mixture with ethylene glycol (72 kg/h) were simulated using Aspen plus v.11. The simulation results revealed that by combining tetramethylammonium chloride (2 kg/h) with ethylene glycol (78 kg/h) reduced 7.26 tons of CO2 emissions/year through heat integration by saving 1.49*108 kJ/year energy besides minimizing operating costs. In conclusion, the systematic selection of ILs as green entrainers in combination with ethylene glycol and then the appropriate simulation of the whole system will ultimately reduce the cost of the separation process and reduce the emission of greenhouse gases as well utilization of toxic conventional entrainers.
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