Descripción del transporte facilitado de propileno a través de membranas compuestas

Abstract

RESUMEN: El presente Trabajo de Fin de Máster aborda la aplicación de las membranas compuestas de transporte facilitado a la separación de mezclas propano/propileno con el objetivo de intensificar un proceso que tradicionalmente se ha realizado mediante destilación criogénica o a altas presiones, lo que resulta en elevados costes de operación. Las membranas estudiadas están formadas por un polímero (PVDF-HFP), un líquido iónico (BMImBF4) y una sal de plata (AgBF4). La adición de la sal de plata permite la reacción del propileno, no así del propano, con los cationes metálicos, lo que da lugar al fenómeno de transporte facilitado. Los mecanismos de transporte facilitado permiten alcanzar muy altas selectividades hacia el propileno, manteniendo, asimismo, elevados valores de permeabilidad gracias a la presencia del líquido iónico en el seno de la membrana. Los objetivos marcados para este trabajo consisten en profundizar en la caracterización de las membranas compuestas, obteniendo los datos experimentales de permeación de gases en la membrana, modificando algunas variables de interés como la temperatura, la presión parcial de los gases permeantes y la composición de la membrana. Posteriormente se interpretarán los resultados de dichos ensayos, analizando la influencia de cada variable. Como parte del plan experimental se han realizado ensayos de permeación mediante time-lag a presión variable y volumen constante y ensayos de permeación de mezclas gaseosas en continuo. Para ello se han diseñado y construido previamente sendos equipos experimentales y se han sintetizado membranas compuestas con distintas composiciones empleando la técnica de solvent casting. Por último, se desarrollará un modelo matemático y se ajustarán los datos experimentales al modelo para obtener el valor del parámetro estimable. El modelo matemático tendrá en cuenta los distintos mecanismos de transporte que actúan en el interior de la membrana, así como la composición de la misma y las demás variables estudiadas experimentalmente. Para el cálculo del parámetro estimable del modelo se ha utilizado el software de simulación Aspen Custom Modeler.

ABSTRACT: This Master’s Degree Final Project addresses the application of facilitated transport composite membranes for the separation of propane/propylene mixtures. The goal is to intensify a process that has traditionally been done through cryogenic distillation or high pressure distillation, resulting in high operation costs. The membranes studied consist of a polymer (PVDF-HFP), an ionic liquid (BMImBF4) and a silver salt (AgBF4). The addition of the silver salt allows the reaction of propylene, but not propane, with metal cations, which gives rise to facilitated transport phenomena. Facilitated transport mechanisms allow reaching very high selectivities to propylene while maintaining also high values of permeability due to the presence of the ionic liquid within the membrane. The main targets of this work are to gain deeper insight into the characterization of composite membranes and to obtain experimental gas permeation data, assessing the influence of some variables of interest such as temperature, permeant gases partial pressure and membrane composition. Subsequently, these tests results will be interpreted, analyzing the influence of each variable. The experimental schedule consists of pure gas permeation tests performed by the constant-volume variable-pressure time-lag technique and continuous flow gas mixture permeation tests. To do this, two separate experimental setups have been designed and built, and different composition facilitated transport membranes have been synthesized, using the solvent casting technique. Finally, a mathematical model will be developed by fitting experimental data to model equations and estimating the adjustable model parameter. The mathematical model will take into account the various transport mechanisms acting within the membrane as well as the other variables studied experimentally. Aspen Custom Modeler simulation software was used in order to calculate the adjustable model parameter.