Recovery of carboxylic acids from aqueous streams by extraction and back extraction

Separation of carboxylic acids from aqueous streams is an important part of their manufacturing process. The aqueous solutions are usually dilute containing less than 10 % acids. Separation by distillation is difficult as the boiling points of acids are only marginally higher than that of water. Because of this distillation is not only difficult but also expensive due to the evaporation of large amounts of water. Carboxylic acids have traditionally been precipitated as calcium salts. The yields of these processes are usually relatively low and the chemical costs high. Especially the decomposition of calcium salts with sulfuric acid produces large amounts of calcium sulfate sludge. Solvent extraction has been studied as an alternative method for recovery of carboxylic acids. Solvent extraction is based on mixing of two immiscible liquids and the transfer of the wanted components form one liquid to another due to equilibrium difference. In the case of carboxylic acids, the acids are transferred from aqueous phase to organic solvent due to physical and chemical interactions. The acids and the extractant form complexes which are soluble in the organic phase. The extraction efficiency is affected by many factors, for instance initial acid concentration, type and concentration of the extractant, pH, temperature and extraction time. In this paper, the effects of initial acid concentration, type of extractant and temperature on extraction efficiency were studied. As carboxylic acids are usually the products of the processes, they are wanted to be recovered. Hence the acids have to be removed from the organic phase after the extraction. The removal of acids from the organic phase also regenerates the extractant which can be then recycled in the process. The regeneration of the extractant was studied by back-extracting i.e. stripping the acids form the organic solution into diluent sodium hydroxide solution. In the solvent regeneration, the regenerability of different extractants and the effect of initial acid concentration and temperature were studied.

Karboksyylihappojen erottaminen vesivirroista on tärkeä osa niiden valmistusta. Vesiliuokset ovat yleensä laimeita sisältäen alle 10 % happoja. Happojen erottaminen tislaamalla on hankalaa, sillä niiden kiehumispisteet ovat vain hieman veden kiehumispistettä suurempia. Tämän takia tislaaminen on paitsi hankalaa, myös kannattamatonta suurien vesimäärien höyrystämisen takia. Happoja on perinteisesti saostettu kalsiumsuoloina. Näiden prosessien saannot jäävät kuitenkin pieniksi ja kemikaalikulutukset ovat suuria. Etenkin kalsiumsuolojen hajottaminen rikkihapolla tuottaa suuria määriä kalsiumsulfaattilietettä. Neste-nesteuuttoa on tutkittu vaihtoehtoisena tapana karboksyylihappojen talteenotossa. Uutto perustuu kahden toisiinsa liukenemattoman faasin sekoittamiseen, jolloin halutut komponentit siirtyvät liuoksesta toiseen tasapainoeroon perustuen. Karboksyylihappojen tapauksessa hapot siirtyvät vesifaasista orgaaniseen faasiin fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden vaikutuksesta. Hapot muodostavat yhdessä uuttoaineen kanssa orgaaniseen faasiin liukenevia komplekseja. Uuttotehokkuuteen vaikuttaa moni tekijä, muun muassa alkuperäinen happokonsentraatio, uuttoaineen tyyppi ja konsentraatio, pH, lämpötila sekä uuttoaika. Tässä työssä tutkittiin ennen kaikkea vesifaasin alkuperäisen happokonsentraation, uuttoaineen ja lämpötilan vaikutusta uuttotehokkuuteen. Koska karboksyylihapot ovat yleensä prosesseissa tuotteita, jotka halutaan saada talteen, on ne uuton jälkeen poistettava orgaanisesta liuottimesta. Happojen poistaminen orgaanisesta faasista myös regeneroi uuttoaineen jolloin sitä voidaan kierrättää prosessissa. Uuttoaineiden regenerointia tutkittiin takaisinuuttamalla eli strippaamalla hapot orgaanisesta faasista laimeaan natriumhydroksidiliuokseen. Regenerointikokeissa tutkittiin eri uuttoaineiden regeneroitavuutta sekä alkuperäisen happokonsentraation ja lämpötilan vaikutusta.