DE102006014123A1 - Device for removing an ionic liquid from a two-phase mixture comprises a feed line arranged in the lower region of a cylindrical container, a removal line for removing separated ionic liquid and a removal line for the liberated phase - Google Patents

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Abstract

Device for removing an ionic liquid from a two-phase mixture comprises a feed line (2) for the mixture arranged in the lower region of a cylindrical container (1), a first removal line (3) arranged in the lower region of the container for removing separated ionic liquid from the container and a second removal line (4) protruding into the container for removing the phase liberated from the ionic liquid from the container. The speed of the mixture can be adjusted so that it can be guided against the inner wall of the container at a rotational speed of 3-400 m/s. An independent claim is also included for a method for separating a two-phase mixture using the above device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Trennen eines Zweiphasengemisches, wobei eine der Phasen eine ionische Flüssigkeit ist.The The invention relates to a device and a method for separating a two-phase mixture, wherein one of the phases is an ionic liquid is.

Ionische Flüssigkeiten sind niederschmelzende, organische Salze mit Schmelzpunkten zwischen 100 und –90 °C, wobei die meisten der bekannten ionischen Flüssigkeiten bereits bei Raumtemperatur in flüssiger Form vorliegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten sind ionische Flüssigkeiten zur Gänze ionisch und zeigen deshalb neue und ungewöhnliche Eigenschaften. Ionische Flüssigkeiten sind durch die Variation der Struktur von Anion und/oder Kation sowie durch die Variation von deren Kombinationen in ihren Eigenschaften an gegebene technische Problemstellungen vergleichsweise gut anpassbar. Aus diesem Grund werden sie oftmals auch als so genannte "Designer Solvents" bezeichnet. Bei herkömmlichen, molekularen Flüssigkeiten ist hingegen lediglich eine Variation der Struktur möglich.Ionian liquids are low-melting, organic salts with melting points between 100 and -90 ° C, where most of the known ionic liquids already at room temperature in liquid Form present. Unlike conventional, molecular fluids are ionic liquids completely ionic and therefore show new and unusual properties. Ionian liquids are due to the variation of the structure of anion and / or cation as well as by the variation of their combinations in their properties to given technical problems comparatively well adaptable. For this reason, they are often referred to as so-called "Designer Solvents". at usual, molecular fluids however, only a variation of the structure is possible.

Im Gegensatz zu konventionellen, molekularen Flüssigkeiten haben ionische Flüssigkeiten darüber hinaus den Vorteil, dass sie keinen messbaren Dampfdruck besitzen. Dies bedeutet, dass sie – solange ihre Zersetzungstemperatur nicht erreicht wird – selbst im Hochvakuum nicht in geringsten Spuren verdampfen. Daraus resultieren die Eigenschaften Unbrennbarkeit und Umweltfreundlichkeit, da ionische Flüssigkeiten folglich nicht in die Atmosphäre gelangen können.in the Unlike conventional, molecular liquids have ionic liquids about that addition, the advantage that they have no measurable vapor pressure. This means that they - as long as their decomposition temperature is not reached - not even in a high vacuum evaporate in the slightest traces. This results in the properties of incombustibility and environmental friendliness, since ionic liquids are therefore not in get the atmosphere can.

Wie bereits erwähnt, liegen die Schmelzpunkte bekannter ionischer Flüssigkeiten definitionsgemäß unterhalb von 100 °C. Der so genannte Liquidus-Bereich – dies ist der Bereich zwischen Schmelzpunkt und thermischer Zersetzung – beträgt im Regelfall 400 °C oder mehr.As already mentioned, By definition, the melting points of known ionic liquids are below from 100 ° C. The so-called liquidus area - this is the area between Melting point and thermal decomposition - is usually 400 ° C or more.

Darüber hinaus weisen ionische Flüssigkeiten eine hohe thermische Stabilität auf. Oftmals liegen ihre Zersetzungspunkte oberhalb von 400 °C. Die Dichte und das Mischungsverhalten mit anderen Flüssigkeiten können bei ionischen Flüssigkeiten durch die Wahl der Ionen beeinflusst bzw. eingestellt werden. Ionische Flüssigkeiten haben des Weiteren den Vorteil, dass sie elektrisch leitend sind und dadurch elektrische Aufladungen – die ein Gefahrenpotential darstellen – verhindern können.Furthermore have ionic liquids a high thermal stability on. Often their decomposition points are above 400 ° C. The concentration and the mixing behavior with other liquids can at ionic liquids through the choice of ions are influenced or adjusted. Ionian Have liquids Furthermore, the advantage that they are electrically conductive and thereby electric boots - the pose a risk potential - can prevent.

Ionische Flüssigkeiten kommen seit einiger Zeit beispielsweise bei der sog. kolbenlosen Verdichtung zur Anwendung – siehe hierzu die deutsche Patentanmeldung 10 2004 046 316. Weitere Anwendungsmöglichkeiten für ionische Flüssigkeiten werden in der Schmierung von Maschinen, Kälteanlagen, Ventilen, etc. gesehen.Ionian liquids come for some time, for example, in the so-called pistonless Compaction for use - see German patent application 10 2004 046 316. Further possible applications for ionic liquids are used in the lubrication of machines, refrigeration systems, valves, etc. seen.

Kommt es bei den unterschiedlichen Anwendungsmöglichkeiten für ionische Flüssigkeiten zur Bildung eines Zweiphasengemisches – wobei eine der Phasen von der verwendeten ionischen Flüssigkeit gebildet wird –, so ist bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen ein zuverlässiges und ggf. schnelles Trennen der ionischen Flüssigkeit von dem Zweiphasengemisch gewünscht.comes it with the different applications for ionic liquids to form a two-phase mixture - wherein one of the phases of the ionic liquid used is formed -, so is a reliable and in a variety of applications if necessary, fast separation of the ionic liquid from the two-phase mixture desired.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Trennen eines Zweiphasengemisches anzugeben, das bzw. die ein schnelles und zuverlässiges Abtrennen einer ionischen Flüssigkeit aus einem Zweiphasengemisch ermöglicht.task The present invention is a generic method as well as a generic device To specify a two-phase mixture, the or a fast and reliable Separating an ionic liquid made possible from a two-phase mixture.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trennen eines Zweiphasengemisches ist gekennzeichnet durch

  • a) einen zylindrischen Behälter,
  • b) eine im unteren Bereich des zylindrischen Behälters mündende Zuführleitung für das zu trennende Zweiphasengemisch,
  • c) wobei die Zuführleitung derart angeordnet und die Zuführgeschwindigkeit des aus ihr austretenden Zweiphasengemisches derart eingestellt oder einstellbar ist, dass das aus der Zuführleitung austretende Zweiphasengemisch mit einer Rotationsgeschwindigkeit von wenigstens 3 bis 400 m/s gegen die Innenwandung des zylindrischen Behälters geführt wird,
  • d) eine im unteren Bereich des zylindrischen Behälters angeordnete Abführleitung, über die die abgetrennte ionische Flüssigkeit aus dem zylindrischen Behälter abführbar ist und
  • e) eine in den zylindrischen Behälter hineinragende Abführleitung, über die die von der ionischen Flüssigkeit befreite Phase aus dem zylindrischen Behälter abführbar ist.
The inventive device for separating a two-phase mixture is characterized by
  • a) a cylindrical container,
  • b) a feed line for the two-phase mixture to be separated in the lower region of the cylindrical container,
  • c) the feed line being arranged and the feed rate of the two-phase mixture emerging from it being set or adjustable such that the two-phase mixture emerging from the feed line is guided against the inner wall of the cylindrical container at a rotational speed of at least 3 to 400 m / s,
  • d) a arranged in the lower region of the cylindrical container discharge line through which the separated ionic liquid from the cylindrical container can be discharged and
  • e) a projecting into the cylindrical container discharge line through which the liberated from the ionic liquid phase from the cylindrical container can be discharged.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Trennen eines Zweiphasengemisches ist dadurch gekennzeichnet, dass das Zweiphasengemisch dem Einfluss der Gravitation, der Corioliskraft und/oder eines elektrischen Feldes ausgesetzt wird.The inventive method for separating a two-phase mixture is characterized that the two-phase mixture the influence of gravity, the Coriolis force and / or an electric field is exposed.

Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche darstellen, sind dadurch gekennzeichnet, dass

  • – Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes innerhalb des zylindrischen Behälters angeordnet sind,
  • – der zylindrische Behälter mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt ist,
  • – die in den zylindrischen Behälter hineinragende (zweite) Abführleitung mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt ist,
  • – die Innenwandung des zylindrischen Behälters Unebenheiten, vorzugsweise in Form von Rillen, Kanten und/oder Noppen, aufweist, und
  • – an der Innenwandung des zylindrischen Behälters ein oder mehrere Schwallbleche angeordnet sind.
Further advantageous embodiments of the device according to the invention and of the method according to the invention, which constitute subjects of the dependent claims, are characterized in that
  • Means for generating an electric field are arranged inside the cylindrical container,
  • - The cylindrical container filled with a high surface area material, preferably with a wire mesh or filter material is
  • The (second) discharge line projecting into the cylindrical container is filled with a material having a large surface area, preferably with a wire mesh or filter material,
  • - The inner wall of the cylindrical container unevenness, preferably in the form of grooves, edges and / or knobs, and
  • - On the inner wall of the cylindrical container one or more baffles are arranged.

Grundsätzlich ist die Auftrennung eines Zweiphasengemisches in eine ionische Flüssigkeit sowie in ein verbleibendes Medium mittels der Gravitation, der Corioliskraft oder eines elektrischen Feldes möglich. Hierbei können die vorgenannten Möglichkeiten im Prinzip beliebig miteinander kombiniert werden.Basically the separation of a two-phase mixture into an ionic liquid as well in a remaining medium by means of gravity, the Coriolis force or an electric field possible. Here you can the aforementioned possibilities In principle, be combined with each other arbitrarily.

Bei einer Trennung unter Zuhilfenahme der Gravitation ist zu berücksichtigen, dass diese Methode zum einen vergleichsweise langsam und zum anderen von dem Dichteunterschied der zu trennenden Medien abhängig ist. Die Trenngeschwindigkeit wird daher sowohl vom Dichteunterschied als auch von dem vorherrschenden Gravitationsfeld bestimmt.at a separation with the help of gravity should be considered, that this method is comparatively slow on the one hand and on the other hand depends on the density difference of the media to be separated. The separation speed therefore becomes both the density difference as determined by the prevailing gravitational field.

Erfolgt eine Trennung des Zweiphasengemisches unter Zuhilfenahme der Corioliskraft, so sind hierbei sowohl die Dichten der zu trennenden Medien zu berücksichtigen als auch die auf sie wirkenden negativen oder positiven BeschleunigungenHe follows a separation of the two-phase mixture with the aid of the Coriolis force, In this case, the densities of the media to be separated must be taken into account as well as the negative or positive accelerations acting on them

Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit der zu trennenden Medien ist durch das Vorsehen eines elektrischen Feldes gegeben. Insbesondere ionische Flüssigkeiten können durch elektrische Felder beeinflusst werden. Mittels der Stärke des verwendeten elektrischen Feldes kann die Abtrenngeschwindigkeit der ionischen Flüssigkeit aus dem Zweiphasengemisch beeinflusst werden.A further influence possibility the media to be separated is by providing an electrical Field given. In particular, ionic liquids can by electric fields are affected. By means of the strength of the used electric field, the separation speed of the ionic liquid be influenced from the two-phase mixture.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen der- bzw. desselben seien nachfolgend anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The device according to the invention, the inventive method and further embodiments of the same or are the following explained in more detail with reference to the embodiment shown in the figure.

Die Figur zeigt eine schematisierte, seitliche Schnittdarstellung durch eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Trennen eines Zweiphasengemisches.The FIG. 1 shows a schematized, lateral sectional view through a possible embodiment the device according to the invention for separating a two-phase mixture.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung weist einen zylindrischen Behälter 1 auf; in den unteren Bereich dieses Behälters mündet eine Zuführleitung 2, über die das zu trennende Zweiphasengemisch dem Behälter 1 zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist die Zuführleitung so angeordnet und die Zuführgeschwindigkeit des aus ihr austretenden Zweiphasengemisches derart eingestellt oder einstellbar, dass das aus der Zuführleitung 2 austretende Zweiphasengemisch mit einer Rotationsgeschwindigkeit von wenigstens 3 bis 400 m/s gegen die Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 geführt wird.The device shown in the figure has a cylindrical container 1 on; in the lower part of this container opens a supply line 2 , about which the two-phase mixture to be separated from the container 1 is supplied. According to the invention, the feed line is arranged and the feed rate of the two-phase mixture emerging from it is set or adjustable in such a way that the feed line 2 leaking two-phase mixture with a rotational speed of at least 3 to 400 m / s against the inner wall of the cylindrical container 1 to be led.

Zum Zwecke der Verbesserung des Auftrenneffektes kann der zylindrische Behälter 1 mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt sein. Alternativ oder ergänzend kann die Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 zudem Unebenheiten, vorzugsweise in Form von Rillen, Kanten und/oder Noppen, aufweisen und/oder es können an der Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 ein oder mehrere Schwallbleche angeordnet sein.For the purpose of improving the separation effect, the cylindrical container 1 be filled with a material having a large surface, preferably with a wire mesh or filter material. Alternatively or additionally, the inner wall of the cylindrical container 1 In addition, unevenness, preferably in the form of grooves, edges and / or nubs, and / or may have on the inner wall of the cylindrical container 1 be arranged one or more baffles.

Der zylindrische Behälter 1 weist ferner in seinem unteren Bereich – vorzugsweise an seiner tiefsten Stelle – eine (erste) Abführleitung 3 auf, über die die abgetrennte ionische Flüssigkeit aus dem zylindrischen Behälter 1 abgeführt wird. Des Weiteren ist eine in den zylindrischen Behälter 1 hineinragende (zweite) Abführleitung 4 vorgesehen, über die das von der ionischen Flüssigkeit befreite gasförmige Medium aus dem zylindrischen Behälter 1 abgezogen wird. Diese (zweite) Abführleitung 4 ist vorzugsweise mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt.The cylindrical container 1 also has in its lower region - preferably at its lowest point - a (first) discharge line 3 on, via which the separated ionic liquid from the cylindrical container 1 is dissipated. Furthermore, one is in the cylindrical container 1 protruding (second) discharge line 4 provided on the freed from the ionic liquid gaseous medium from the cylindrical container 1 is deducted. This (second) discharge line 4 is preferably filled with a high surface area material, preferably with a wire mesh or filter material.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Trennung eines Zweiphasengemisches stellt eine Kombination aus einem Gravitations- und einem Corioliskraftphasentrenner dar. Ionische Flüssigkeiten neigen zur Kollionenbildung. Aufgrund der erzeugten hohen Rotationsgeschwindigkeit trifft die aus der Zuführleitung 2 austretende ionische Flüssigkeit auf die Innenwandung des zylindrischen Behälters 1, wobei es auf der Innenwandung zu einer Kollionen- bzw. Filmbildung kommt. Aufgrund der Gravitation fließt die ionische Flüssigkeit entlang der Innenwandung des zylindrischen Behälters 1 nach unten – dargestellt durch die beiden äußeren, nach unten gerichteten Pfeile – und wird über die (erste) Abführleitung 3 aus dem zylindrischen Behälter 1 abgeführt.The device shown in the figure for the separation of a two-phase mixture represents a combination of a gravitational and a Corioliskraftphasentrenner. Ionic liquids are prone to collagen formation. Due to the generated high rotational speed that hits from the feed line 2 leaking ionic liquid on the inner wall of the cylindrical container 1 , wherein there is a collision or film formation on the inner wall. Due to gravity, the ionic liquid flows along the inner wall of the cylindrical container 1 downwards - represented by the two outer, downward arrows - and is via the (first) discharge line 3 from the cylindrical container 1 dissipated.

Das von der ionischen Flüssigkeit abgetrennte gasförmige Medium wird – dargestellt durch die vier dickgezeichneten, schwarzen Pfeile – über die (zweite) Abführleitung 4 aus dem zylindrischen Behälter 1 abgeführt bzw. abgesaugt.The separated from the ionic liquid gaseous medium is - represented by the four thick black arrows - on the (second) discharge line 4 from the cylindrical container 1 dissipated or sucked off.

Mittels der in der Figur dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine schnelle und effektive Trennung eines Zweiphasengemisches realisierbar. Der konstruktive Aufwand der Trennvorrichtung ist überschaubar, woraus vergleichsweise geringe Investitionskosten resultieren.By means of the device according to the invention shown in the figure, a fast and effective separation of a two-phase mixture can be realized. The design effort of the separator is manageable, resulting in comparatively low ge investment costs result.

Claims (7)

Vorrichtung zum Trennen eines Zweiphasengemisches, wobei eine der Phasen eine ionische Flüssigkeit ist, gekennzeichnet durch a) einen zylindrischen Behälter (1), b) eine im unteren Bereich des zylindrischen Behälters (1) mündende Zuführleitung (2) für das zu trennende Zweiphasengemisch, c) wobei die Zuführleitung (2) derart angeordnet und die Zuführgeschwindigkeit des aus ihr austretenden Zweiphasengemisches derart eingestellt oder einstellbar ist, dass das aus der Zuführleitung (2) austretende Zweiphasengemisch mit einer Rotationsgeschwindigkeit von wenigstens 3 bis 400 m/s gegen die Innenwandung des zylindrischen Behälters (1) geführt wird, d) eine im unteren Bereich des zylindrischen Behälters (1) angeordnete (erste) Abführleitung (3), über die die abgetrennte ionische Flüssigkeit aus dem zylindrischen Behälter (1) abführbar ist und e) eine in den zylindrischen Behälter (1) hineinragende (zweite) Abführleitung (4), über die die von der ionischen Flüssigkeit befreite Phase aus dem zylindrischen Behälter (1) abführbar ist.Device for separating a two-phase mixture, one of the phases being an ionic liquid, characterized by a) a cylindrical container ( 1 b) one at the bottom of the cylindrical container ( 1 ) feed line ( 2 ) for the two-phase mixture to be separated, c) wherein the supply line ( 2 ) and the feed rate of the two-phase mixture emerging from it is set or adjustable in such a way that the feed from the feed line ( 2 ) leaking two-phase mixture at a rotational speed of at least 3 to 400 m / s against the inner wall of the cylindrical container ( 1 ) is guided, d) one in the lower region of the cylindrical container ( 1 ) arranged (first) discharge line ( 3 ), via which the separated ionic liquid from the cylindrical container ( 1 ) and e) one in the cylindrical container ( 1 ) projecting (second) discharge line ( 4 ), via which the phase freed from the ionic liquid from the cylindrical container ( 1 ) is dissipatable. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Erzeugen eines elektrischen Feldes innerhalb des zylindrischen Behälters (1) angeordnet sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that means for generating an electric field within the cylindrical container ( 1 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrische Behälter (1) mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt ist.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the cylindrical container ( 1 ) is filled with a high surface area material, preferably with a wire mesh or filter material. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in den zylindrischen Behälter (1) hineinragende (zweite) Abführleitung (4) mit einem eine große Oberfläche aufweisenden Material, vorzugsweise mit einem Drahtgeflecht oder Filtermaterial, gefüllt ist.Device according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that in the cylindrical container ( 1 ) projecting (second) discharge line ( 4 ) is filled with a high surface area material, preferably with a wire mesh or filter material. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwandung des zylindrischen Behälters (1) Unebenheiten, vorzugsweise in Form von Rillen, Kanten und/oder Noppen, aufweist.Device according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the inner wall of the cylindrical container ( 1 ) Unevenness, preferably in the form of grooves, edges and / or nubs. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenwandung des zylindrischen Behälters (1) ein oder mehrere Schwallbleche angeordnet sind.Device according to one of the preceding claims 1 to 5, characterized in that on the inner wall of the cylindrical container ( 1 ) One or more baffles are arranged. Verfahren zum Trennen eines Zweiphasengemisches, wobei eine der Phasen eine ionische Flüssigkeit ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweiphasengemisch dem Einfluss der Gravitation, der Corioliskraft und/oder eines elektrischen Feldes ausgesetzt wird.Method for separating a two-phase mixture, wherein one of the phases is an ionic liquid, characterized that the two-phase mixture the influence of gravity, the Coriolis force and / or an electric field is exposed.
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