De LSU Cain Department of Chemical Engineering heeft onlangs een reis van meerdere jaren achter de rug met de installatie van haar nieuwe distillatiekolommen. De torenhoge structuur beslaat twee verdiepingen van Patrick F. Taylor Hall en biedt studenten de mogelijkheid om te werken aan een echte commerciële analoog van dezelfde apparatuur die ze geacht worden te bedienen wanneer ze het personeelsbestand als chemisch ingenieur betreden.

"Dit is het grootste en meest geavanceerde distillatiesysteem dat ik ooit op een universiteit heb gezien, " zei John Flake, voorzitter van het Cain Department of Chemical Engineering. "We hebben twee 6-inch diameter, 20 meter hoog verpakt, kolommen met glazen wand die in geavanceerde configuraties kunnen worden opgesteld. Studenten kunnen zeker lezen over distillatie in een leerboek en werkproblemen, maar de ervaring van het runnen van een stoomreboiler en het scheiden van producten op deze schaal is een veel zinvollere ervaring. De glazen wanden zijn ook erg belangrijk om te visualiseren wat er in de kolom gebeurt."

Veel van de voorlopers voor gewone producten komen via destillatiekolommen:plastic verpakkingen, rugzakken, wasmiddelen, koelmiddelen, zelfs de voorlopers om led-verlichting te maken, om een ​​paar voorbeelden te noemen. Dit komt omdat chemische reacties doorgaans meer dan één product produceren, die vervolgens moet worden gescheiden of gezuiverd, en distillatie is het meest gebruikelijke scheidingsproces.

In grote lijnen, de eenheid - die zich in het Dow Unit Operations Laboratory in Patrick F. Taylor Hall bevindt - scheidt componenten, water en een reeks glycolen, in zuivere of bijna zuivere componenten door de verschillen in hun dampdruk. Bijvoorbeeld, als een mengsel van 50 procent water en 50 procent glycol in de unit wordt gevoerd, een stroom van "bijna" zuiver water wordt geproduceerd vanaf de bovenkant van de toren en pure glycol vanaf de onderkant. Dit wordt bereikt door het materiaal op de bodem van de toren te verhitten en te verdampen en een deel ervan terug in de toren terug te voeren nadat het is afgekoeld en gecondenseerd.

"Deze eenheid zou niet misstaan ​​in een commerciële farmaceutische of speciale chemische fabriek die actief is in de commerciële wereld, " zei John Pendergast, professioneel-in-residence in het Cain Department of Chemical Engineering. "Het is gebouwd volgens die specificaties en ontwerpcriteria. Zeer weinig studenten zullen de mogelijkheid hebben om te leren over, bedienen, en bestudeer de reactie van een faciliteit [zoals die we hier hebben] die heel dicht bij de eenheidsbewerking van distillatie ligt die het scheidingslandschap van onze industrie domineert."

Pendergast, die in 2018 bij het college kwam na een carrière van meer dan 40 jaar bij Dow Chemical, was de hoofdontwerper van de distillatiekolommen en zette zijn jarenlange expertise bij Dow in voor dit project. Hij was eerder bij het bedrijf werkzaam als projectmanager of lead process engineer bij verschillende processen en fabrieken op wereldschaal, en het grootste deel van zijn carrière omvatte onderzoek naar scheidingsmethoden en de implementatie van geavanceerde scheidingen die het energieverbruik of het kapitaalverbruik of beide verminderen.

"Het primaire ontwerpcriterium voor de eenheid was/is de veiligheid van de studenten en de bewoners van PFT, "Zei Pendergast. "De geavanceerde kenmerken van dit apparaat zijn dat het onafhankelijk kan worden gebruikt door twee niet-gegradueerde groepen tegelijkertijd, realistische distillatie-experimenten uitvoeren die in de industrie zouden worden gezien.

"Naast dat, deze unit kan worden gecombineerd tot geavanceerde destillatiesequenties die energiezuiniger zijn. De eenheden kunnen worden gebruikt voor onderzoek om methoden te bestuderen die ons begrip van deze geavanceerde sequenties verbeteren en een beter begrip en toepassing mogelijk maken van distillatiemethoden die het energieverbruik in onze industrie kunnen verminderen."

De kolommen werden overzee vervaardigd door het Franse bedrijf Pignat, die educatieve apparatuur bouwt, evenals grotere apparatuur voor bedrijven als L'Oréal en Michelin. Oorspronkelijk zouden ze in april van dit jaar bij PFT aankomen voor montage; echter, de COVID-19-pandemie heeft bijgedragen aan vertragingen in verschillende stadia van het proces. Uiteindelijk, Pignat-vertegenwoordigers Regis Rodriguez en Mathias Fragola, samen met de Amerikaanse vertegenwoordiger van het bedrijf, Harold Sheppard, waren in staat om hun weg naar de campus te vinden en te beginnen met de laatste werkzaamheden aan de eenheid.

"Werken met een internationaal team heeft zijn uitdagingen, vooral tijdens COVID, " zei Thomas Schröder, die als onderzoeksspecialist in het Dow Unit Operations Laboratory toezicht houdt op de werking van de kolommen. "Het verzenden van apparatuur naar hen (d.w.z. computers, sensoren, enz.) was bijzonder moeilijk, toen de lockdowns [begon] toen we probeerden ze de apparatuur te krijgen die we voor het project hadden gekocht. We moesten de [Factory Acceptance Test] via Zoom doen in plaats van persoonlijk, wegens reisbeperkingen. Dat gezegd hebbende, we onderhielden de communicatie en zorgden ervoor dat de kolommen werden gemaakt volgens onze specificaties."

Vooruit gaan, Pendergast zei dat het plan voor de eenheid is om de apparatuur dit najaar in niet-gegradueerde laboratoria te gebruiken; projecten ontwikkelen die het onderzoekswerk van niet-gegradueerden en afgestudeerden kunnen ondersteunen; en zoek partners uit de industrie, evenals andere bronnen, to gather funding for graduate research that will support research and publications that advance students at the undergraduate and graduate level.

The distillation columns were made possible, in part, by the Bert S. Turner Endowment for Excellence in Engineering Education, Valero, and other donors and individuals.