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두 가지 서로 다른 T-접합 구조에서 세 가지 심층 공융 용매(DES)를 사용하여 n-헥산에서 톨루엔의 액체-액체 추출 탈방향족화

Liquid-Liquid extractive de-aromatization of toluene from n-hexane by using three deep eutectic solvents (DES) in two different T- junction geometries.

Vikas Kumar Choudhary¹ Bushra Khatoon¹ Sadhana Sachan¹ Dr. M Siraj Alam^1†

¹MNNIT Allahabad Department of Chemical Engineering, ¹MNNIT Allahabad Department of Chemical Engineering , ¹MNNIT Allahabad Chemical Engineering

In Press, Journal Pre-proof, Available online 1 May 2025

Abstract

본 연구에서는 직경이 각각 0.5mm와 1mm인 다차원 T-접합 마이크로채널에서 서로 다른 깊은 공융 용매(DES)를 사용하여 탄화수소(즉, n-헥산의 톨루엔)의 추출적 탈방향족화를 조사했습니다. 수소 결합 수용체(HBA)인 염화콜린, 메틸 트리페닐 포스포늄 브로마이드(MTPB) 및 테트라부틸암모늄 브로마이드(TBAB)와 함께 수소 결합 공여체(HBD)로 에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜 및 프로피온산을 사용하여 세 가지 다른 DES가 합성되었습니다. 슬러그 부피에 대한 유속 및 채널 직경 변화의 영향을 연구했습니다. 세 가지 서로 다른 합성 DES에 대해 방향족 제거율, 슬러그 부피, 비계면적 및 부피 질량 전달 계수를 조사했습니다. 슬러그 흐름의 경우, 최대 슬러그 길이는 1mm T-접합부에서 0.96-1.53mm 범위에 있었고 0.5mm T-접합부 마이크로채널에서 0.48-1.02mm 범위에 있었으며, 이는 3.0-12.0mL의 해당 유량에 대해 얻어졌습니다. /분 최대 계면적은 0.5mm T-접합 채널의 경우 7315-7898m²/m3, 1mm T-접합 채널의 경우 2714-3053m²/m3 범위였습니다. 슬러그 흐름의 추출 효율은 30.82%~74.32% 범위였습니다. 마찬가지로, 체적 질량 전달 계수(kl,a)는 0.018~0.113s⁻1 범위에 있는 것으로 추정되었습니다. 실험 동안 얻은 다양한 결과를 비교하면, 두 T 접합 마이크로채널 모두에서 1:6의 몰비로 MTPB와 TEG 합성 DES에 의해 더 나은 성능이 달성된 것으로 나타났습니다.

In the present study, the extractive de-aromatization of hydrocarbons (i.e., toluene in n-hexane) was investigated using different deep eutectic solvents (DESs) in a multidimensional T-junction microchannel with diameters of 0.5 mm and 1 mm, respectively. Three different DESs were synthesized using ethylene glycol, triethylene glycol, and propionic acid as hydrogen bond donors (HBD) in combination with choline chloride, methyl triphenyl phosphonium bromide (MTPB), and tetrabutylammonium bromide (TBAB) as hydrogen bond acceptors (HBA). The effects of flow rate and channel diameter variation on slug volume were studied. The percentage removal of aromatics, slug volume, specific interfacial area, and volumetric mass transfer coefficient were investigated for the three different synthesized DESs. For the slug flow, the maximum slug length was in the range of 0.96-1.53 mm in the 1 mm T-junction and 0.48-1.02 mm in the 0.5 mm T-junction microchannel, obtained for a corresponding flow rate of 3.0-12.0 mL/min. The maximum interfacial area was in the range of 7315-7898 m²/m³ for the 0.5 mm T-junction and 2714-3053 m²/m³ for the 1 mm T-junction channel. The extraction efficiencies in slug flow ranged from 30.82% to 74.32%. Similarly, the volumetric mass transfer coefficients (kl,a) were estimated to be in the range of 0.018 to 0.113 s⁻1. Comparing the various results obtained during the experimentation, it was found that better performance in both T-junction microchannels was achieved by the MTPB and TEG synthesized DES with a molar ratio of 1:6.

Keywords

Microchannel dearomatization deep eutectic solvent slug flow extraction efficiency.