Ionische Flüssigkeiten als Hilfsstoffe für die Extraktivdestillation
Die Extraktivdestillation eignet sich für die Trennung von engsiedenden oder azeotropen Flüssigkeitsgemischen, die mit herkömmlichen Destillationsverfahren nicht oder nur mit erheblichem Aufwand getrennt werden können. Durch Zugabe einer hochsiedenden, nicht-flüchtigen, mischbaren Substanz, die mit den zu trennenden Stoffen kein Azeotrop bildet, kann das Phasengleichgewicht so verschoben werden, dass die Trennung mit vertretbarem Aufwand möglich ist.
Ionische Flüssigkeiten eignen sich besonders gut zur Extraktivdestillation von azeotropen oder eng siedenden Mischungen, da sie häufig einen niedrigen Dampfdruck und eine thermische Stabilität bis zu 280 °C besitzen. Ionische Flüssigkeiten sind zudem meist sehr stabil gegenüber Säuren. Bei geeigneter Auswahl der Anionen, kann auch eine Hydrolysestabilität garantiert werden. Eine wichtige Eigenschaft für die Eignung als Entrainer für die Extraktivdestillation ist auch eine geringe Korrosivität sowie eine möglichst niedrige Viskosität der ionischen Flüssigkeit.[1]
In Abbildung 1 ist die Extraktivdestillation einer Mischung aus Ethanol und Wasser unter Verwendung einer ionischen Flüssigkeit exemplarisch dargestellt.
Extraktivdestillation mit ionischen Flüssigkeiten am Beispiel einer Mischung von Wasser und Ethanol.
Das zu trennende Gemisch aus Ethanol und Wasser wird in der Mitte der Hauptkolonne zugeführt, während die ionische Flüssigkeit als Hilfsstoff am Kopf der Hauptkolonne zugegeben wird. Die Zugabe der ionischen Flüssigkeit am Kopf der Kolonne gewährleistet, dass diese über die komplette Kolonne zum Schleppen des Wassers präsent ist und daher am Kopf der Hauptkolonne wasserfreies Ethanol abgetrennt werden kann. Da die ionische Flüssigkeit zwar mit dem Wasser mischbar ist, aber kein azeotropes Gemisch mit dem Wasser bildet, kann das Wasser in einer Hilfskolonne aus der ionischen Flüssigkeit, die einen vernachlässigbar geringen Dampfdruck besitzt, abdestilliert werden. Die zurückgewonnene ionische Flüssigkeit kann dann wieder in den Kopf der Hauptkolonne eingespeist werden und für eine erneute Trennung von Wasser und Enthanol verwendet werden.[2,3,5,6] Neben der Extraktivdestillation von Ethanol/Wasser-Mischungen wurden ionische Flüssigkeiten auch bereits erfolgreich für die Extraktivdestillation von vielen weiteren Gemischen wie z. B. Methylacetat/Methanol,[7] 1-Hexen/n-Hexan,[5] Ethylbenzol/Styrol,[4]Cyclohexan/Benzol,[7] Benzol/Hexan,[7] sowie von Methylcyclohexan/Toluol,[9]verwendet.
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Text: Dr. Maria Ahrens, IOLITEC GmbH, 2015.
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Literatur
[1] Y. Beste, M. Eggersmann, H. Schoenmarkers, Chemie Ingenieur Technik 2005, 77, 1800.
[2] http://www.spektrum.de/lexikon/chemie/extraktivdestillation/3192.
[3] G. Ruffert, G. Olf, Chemie Technik 2004, 3, 86.
[4] M. T. G. Jongmans, E. Hermens, M. Raijmakers, J. I. W. Maassen, B. Schuur, A. B. de Haan, Chemical Engineering Research and Design 2012, 90, 2086.
[5] J. P. Gutiérrez, G. W. Meindersma, A. B. de Haan, Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51, 11518.
[6] G. Gonfa, M. A. Bustam, T. Murugesan, et al. in 11TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON CHEMICAL AND PROCESS ENGINEERING, PTS 1-4 Book Series: Chemical Engineering Transactions 2013, 32, 1939.
[7] A. B. Pereiro, J. M. M. Araújo, J. M. S. S. Esperanca, I. M. Marrucho, L. P. N. Rebelo, J. Chem. Thermodynamics 2012, 46, 2.