WO2002023175A2 - Verfahren zur bestimmung der phasentrennzeit bei diskontinuierlichen flüssig-flüssig-phasentrennungen - Google Patents

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WO2002023175A2
WO2002023175A2 PCT/EP2001/010608 EP0110608W WO0223175A2 WO 2002023175 A2 WO2002023175 A2 WO 2002023175A2 EP 0110608 W EP0110608 W EP 0110608W WO 0223175 A2 WO0223175 A2 WO 0223175A2
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separation
separating layer
phase separation
probe
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Astrid Carina Johansson
Hartmann F. Leube
Friedemann Flocke
Frank Seiberth
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Basf Aktiengesellschaft
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/02—Separation of non-miscible liquids
    • B01D17/0208—Separation of non-miscible liquids by sedimentation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/04—Solvent extraction of solutions which are liquid
    • B01D11/0484—Controlling means

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the phase separation time in discontinuous liquid-liquid phase separation, as can occur, for example, in the separation of catalysts from organic liquids or also in the separation of mixture components with a low boiling point difference (separation of aromatics / non-aromatics).
  • liquid-liquid extractions and some organic syntheses there are usually two immiscible liquids.
  • one liquid is dispersed in the other liquid.
  • the liquid phases dispersed into one another must be separated from one another, and this phase separation can be carried out continuously or discontinuously, depending on the process.
  • phase separations are normally carried out.
  • the dispersed phase separates in the gravitational field due to the difference in density between the liquids, the phase separation time required for this depending on the material system of the two immiscible liquids. If the phase separation does not take place or is incomplete, be it a continuous or a discontinuous phase separation, a number of disadvantages can arise, which are shown below.
  • catalyst poisoning can occur due to saline foreign phases if these have only been incompletely separated from the two immiscible liquids as part of the complete phase separation. Catalyst poisoning is only representative of other safety problems caused by toxic or explosive substances that have not been separated.
  • an increased energy and separation effort is to be made in the case of distillation due to signs of incrustation or layered deposits on the inside of the pipes. The more the line cross-section is impaired by build-up of incrustation, the smaller the free flow cross-section and the higher the amount of energy that has to be provided in order to increase the volume flow through the line float.
  • higher pressures result in higher energy consumption and higher material loads.
  • phase separation time makes up a large proportion of the batch time.
  • the phase separation process can also be observed through sight glasses which are arranged in the region of the separating layer of the phase which is formed and which can be provided in the container wall of the container in which the discontinuous phase separation takes place.
  • the solution of observing the progress of the phase separation by means of a sight glass has the disadvantage that in the course of the phase separation the sight glasses become contaminated by impurities, the pressure safety of the containers is impaired by the installation of a sight glass, and there is an increased maintenance effort results.
  • samples can also be taken during the liquid-liquid extraction. Sampling is done manually in the container near the interface. Sampling takes a lot of work and time and is largely at the discretion and experience of the person taking the sample.
  • optical sensors have been installed in the container near the separating layer that is being formed.
  • optical sensors are exposed to a not inconsiderable level of contamination during the liquid-liquid extraction, so that there is a high susceptibility to interference and it is not always ensured that the formation of the resulting separating layer can be reliably followed.
  • the object of the invention is to track the degree of formation of the phase separation which occurs as discontinuously as possible in the case of discontinuous phase separations.
  • the object is achieved by a method for measuring a separating layer which is formed in a discontinuous phase separation in batch or semibatch reactions during the course of a liquid-liquid extraction with organic synthesis, with at least two immiscible liquids, the separating layer being formed via a
  • the probe is tracked, which is arranged in the region of the separating layer which forms and which supplies a signal which is dependent on the dispersion and the position of the separating layer.
  • the tracking of the separating layer which is formed by means of a probe allows an exact determination of the point in time at which the change in the separating layer has been completed and the discontinuous phase separation can be regarded as having been completed.
  • This allows the phase separation time to be determined very precisely, so that the batch time in which the discontinuous phase separation takes place does not have to be extended unnecessarily by the time surcharge method mentioned at the beginning.
  • Unexpected extensions of the phase separation time are recognized in a timely manner, to which it would not be possible to react in time when using the time surcharge method. In this way, unexpected extensions of the phase separation time due to the occurrence of faults can be countered in good time.
  • the signal of the probe tracking the formation of the interface changes until the interface is constant, that is to say the phase separation taking place completely and has come to an end.
  • the probe can work on the basis of the potentiometric measuring principle; however, probes that detect capacitive changes can also be used. Probes working on the basis of the potentiometric measuring principle can be used in particular when the conductivities of the two immiscible liquids differ significantly. Capacitive probes are recommended if the dielectric constants of the two liquids, which are not miscible with one another, differ. Both the use of probes based on the potentiometric measurement principle and that of capacitive probes have the advantage that this measurement method is not susceptible to contamination.
  • probes which use radar (time domain reflector measuring principle).
  • the measuring device delivers a signal depending on the dispersion and the position of the interface. This method of measurement is carried out in a contactless manner and is not susceptible to contamination by products.
  • point measurements can be carried out in the dispersion above or below the final position of the separating layer that finally occurs, in order to determine the proportion of the disperse phase at the time of the measurement.
  • the conductivity directly or stray current
  • the capacities and the differential pressures can be measured in the two phases in order to determine the respective disperse phase fraction at the time of the measurement.
  • the point measurements are advantageously carried out in a narrow time grid, so that the progress of the discontinuous phase separation can be followed in minute detail.
  • the discontinuous phase separation can also be regarded as complete if the measurement signal remains constant. Then the phase separation time can be determined within which the complete phase separation of the two immiscible liquids took place.
  • the method proposed according to the invention can be used in liquid-liquid extraction, for example when washing out salts from organic liquids Use separation of mixture components with a low boiling point difference (aromatics / non-aromatics) and when separating azeotropic mixtures.
  • a further area of application of the method proposed according to the invention is that, after the solubility limit has been exceeded, for example by evaporating a component from a saturated solution or cooling or heating saturated phases (cold turbidity), the method proposed according to the invention can be used to form the separating layer.
  • the method proposed according to the invention is suitable for use after the condensation of heteroazeotropes.
  • Fig. 2 shows the measurement of the disperse phase portion to determine the phase separation time with a capacitive probe.
  • the separating layer that is formed is shown with the aid of two products.
  • Two parts of aqueous liquid and eight parts of organic liquid were mixed in a glass 11-liter mixing vessel.
  • the aqueous liquid was water with 15% by weight sodium acrylate and the organic liquid was cyclohexane with tripropylene diacrylate (test 1) and polyether acrylate from acrylic acid and polyetherol (trimethylolpropane alkoxylated with ethylene oxide / propylene oxide, test 2).
  • the measurement signal remains unchanged after the phase separation has ended. 1 that the discontinuous phase separation taking place in the 11-stirred vessel takes place after a little more than 10 min. can be regarded as complete.
  • the measurement according to FIG. 2 shows the measurement of the disperse phase component for determining the phase separation time with a capacitive probe n.
  • the rise / fall of the measurement signal at the beginning is largely due to the change in the disperse phase portion.
  • the measurement signal was recorded as a function of the disperse phase portion.
  • Two parts of aqueous liquid and eight parts of organic liquid were mixed in a glass 11-stirred vessel.
  • the aqueous liquid was dispersed.
  • the aqueous liquid was water with 15% by weight sodium acrylate, the organic liquid being cyclohexane with polyether acrylate made from acrylic acid and polyetherol (trimethylolpropane alkoxylated with ethylene oxide / propylene oxide).
  • the course of the characteristic curve shown in FIG. 2 shows that the water content, plotted in percent by weight, describes an approximately linear increase.
  • the point measurements in the dispersion above or below the final position of the interface e.g. Conductivity due to direct or stray currents, changes in capacities, differential pressure measurements and ultrasonic measurements can be used to determine the disperse phase fraction at the time of the measurement.
  • the disperse phase portion changes.
  • the measurement signal remains constant and the phase separation time can be determined. From the course of the characteristic curve shown in FIG. 2, in which the electrode display is plotted against the water content in percent by weight, the characteristic curve increases linearly during the phase separation that takes place.
  • the method proposed according to the invention for measuring a separating layer which is formed in a discontinuous phase separation can be used in liquid-liquid extractions.
  • An example would be the washing out of salts from organic liquids and the separation of metallic salts from aqueous solutions.
  • the method for tracking proposed according to the invention the discontinuous phase separation can be used in the separation of catalysts from organic liquids and in the separation of small amounts of high boilers from aqueous solutions such as phenol from water.
  • the method proposed according to the invention can be used in the separation of mixture components with a low boiling point difference, for example in the separation of aromatics and non-aromatics.
  • the method proposed according to the invention is extremely suitable for the use of discontinuous phase separations in the separation of temperature-sensitive substances, for example in the separation of monomers from oligomers or natural substances.
  • phase separation processes in azeotropic mixtures for example in the dewatering of amines with NaOH, can be used. Furthermore, the method is extremely suitable for use in phase separations of substances with a high boiling temperature.
  • the method proposed according to the invention can also be used in reactions, for example in liquid-liquid reactions, e.g. organic syntheses, neutralizations and acidifications. Furthermore, the method proposed according to the invention for monitoring the formation of the separating layer which arises can be used in the formation of such reactions, during which a second liquid phase is formed during the reaction.
  • the method proposed in accordance with the invention for monitoring the formation of the separating layer can also be used after the solubility limit has been exceeded by evaporating off a component from a saturated solution and by cooling or heating saturated phases (cold turbidity). Furthermore, discontinuous phase separation after the condensation of heteroazeotropes can be followed by means of the method proposed according to the invention.

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Abstract

Die Anmeldung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung einer sich bei einer diskontinuierlichen Phasentrennung ausbildenden Trennschicht. Diskontinuierliche Phasentrennungen kommen normalerweise im Batch- oder bei Semibatchverfahren vor, während des Ablaufs einer Flüssig-Flüssig-Extraktion oder während des Ablaufs organischer Synthesen mindestens zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten. Die Trennschichtausbildung wird während der diskontinuierlichen Phasentrennung über eine Sonde verfolgt, die im Bereich der sich ausbildenden Trennschicht angeordnet ist. Die Sonde liefert ein von der Dispersion und der Lage der Trennschicht abhängiges Signal.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Phasentrennzeit bei diskontinuierlichen Flüssig-Flüssig-Phasentrennungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Phasentrennzeit bei diskontinuierlicher Flüssig-Flüssig-Phasentrennung, wie sie beispielsweise bei der Abtrennung von Katalysatoren aus organischen Flüssigkeiten oder auch bei der Trennung von Gemischkomponenten mit geringer Siedepunktdifferenz (Trennung Aromate/Nichtaromate) auftreten können.
Bei Flüssig-Flüssig-Extraktionen und einigen organischen Synthesen liegen in der Regel zwei nicht mischbare Flüssigkeiten vor. Während des Extraktionsvorgangs bzw. während der Synthese ist eine Flüssigkeit in der anderen Flüssigkeit dispergiert. Die ineinander dis- pergierten flüssigen Phasen müssen voneinander getrennt werden, wobei diese Phasen- trennung einerseits abhängig von Verfahren kontinuierlich oder auch diskontinuierlich erfolgen kann.
In Batchverfahren oder in Semibatchverfahren werden normalerweise diskontinuierliche Phasentrennungen vorgenommen. Die dispergierte Phase trennt sich im Gravitationsfeld durch den Dichteunterschied zwischen den Flüssigkeiten, wobei die dazu erforderliche Phasentrennzeit abhängig vom Stoffsystem der zwei nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten ist. Bei einer nicht erfolgenden oder einer nur unvollständigen Phasentrennung, sei es eine kontinuierliche oder auch eine diskontinuierliche Phasentrennung, können sich eine Reihe von Nachteilen einstellen, die nachfolgend dargestellt sind.
Eine nicht vollständige Phasentrennung kann zu Ausbeuteverlusten bei der Produktmenge führen, so daß jeweils eine größere Menge an den bei der Flüssigextraktion beteiligten zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten vorgesehen werden muß, um eine bestimmte Ausbeute zu erhalten. Eine vollständige Phasentrennung würde daher den Wirkungsgrad der Extraktion erheblich steigern. Neben den Ausbeuteverlusten kann sich eine schlechtere Produktqualität einstellen, da die dispergierte Phase in der anderen Phase teilweise noch enthalten ist, was einen Qualitätsmangel darstellt und auch die Weiterverarbeitung des erhaltenen Produktes einschränken kann. Verbleibt bei einer nicht vollständig erfolgten Phasentrennung Katalysator in einer der nicht mischbaren Flüssigkeiten, so kann dies zu einer vorzeitigen Produktalterung fuhren, was die Lebensdauer von Bauteilen, die aus solcherart beschaffenen Produkten gefertigt sind, entscheidend herabsetzen kann. Daneben geht mit einer nicht vollständigen erfolgten Phasentrennung eine erhöhte Abwasserbelastung einher, da ein Teil der dispergierten Phase in der diese aufnehmenden Phase verbleibt.
Neben diesen aufgezeigten Nachteilen können sich auch eine Reihe negativer Folgen für die sich anschließende Verfahrensschritte einstellen. So kann es beispielsweise bei nachgeschalteten Wärmeüberträgern und Kolonnen zu Verkrustungserscheinungen durch salzhaltige wäßrige Fremdphasen im organischen Produktstrom kommen. Verkrustungen in Rohrleitungssystemen sind höchst unerwünschte Begleiterscheinungen in der chemischen Industrie, da diese zum einen den durchsetzbaren Volumenstrom negativ beeinflussen und andererseits zu ihrer Beseitigung nicht unerhebliche Anstrengungen unternommen werden müssen. Verkrustungen von Rohrinnenseiten oder von Behälterinnenwänden können auch unter Anwendung von Ultraschallverfahren beseitigt werden; eine weit aufwendigere Vor- gehens weise zur Beseitigung von Verkrustungen an Kolonneneinbauten und Wärmeüberträgern ist das Stillsetzen von Anlagen und die manuelle Entfernung der Verkrustungen. Eine Stilllegung einer Anlage zur Beseitigung von aufgetretenen Verkrustungen zieht enorme wirtschaftliche Nachteile nach sich und erscheint nicht vertretbar.
Neben den Verkrustungserscheinungen an Wärmeüberträgern oder an Kolonneneinbauten können solche Bauteile auch durch Korrosion durch säurehaltige wäßrige Fremdphasen angegriffen werden. Solche säurehaltige wäßrige Fremdphasen können als dispergierte Phase in der jeweils anderen nicht mischbaren Flüssigkeit gelöst verbleiben und werden durch diese durch die Anlage verteilt. Zwar sind in der Regel solche Anlagen mit Rohrleitungen ausgestattet, die aus chemisch beständigen Materialien bestehen, jedoch ist das Auftreten von Korrosion auch an solchen Anlagenteilen nicht ganz auszuschließen.
Daneben kann es zu Katalysatorvergifltung durch salzhaltige Fremdphasen kommen, wenn diese im Rahmen der vollständigen Phasentrennung nur unvollständig aus den beiden nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten getrennt worden sind. Eine Katalysatorvergiftung sei nur stellvertretend für weitere sicherheitstechnische Probleme durch nicht abgetrennte giftige oder explosive Stoffe genannt. Daneben ist bei den durch Verkrustungserscheinungen oder schichtförmigen Ablagerungsaufbau an den Innenseiten der Rohrleitungen ein erhöhter Energie- und Trennaufwand bei einer Destillation zu leisten. Je stärker der Leitungsquerschnitt durch sich aufbauende Verkrustungserscheinungen beeinträchtigt wird, desto geringer ist der freie Strömungsquerschnitt und desto höherer Energieaufwand ist bereitzustellen, um den durchzusetzenden Volumenstrom durch die Leitung zu treiben. Höhere Drücke wiederum ziehen neben höherem Energieaufwand auch höhere Materialbelastungen nach sich.
Eine weitere negative Folgeerscheinung einer nicht vollständigen Phasentrennung ist die Verringerung der Standzeit von Adsorbern, als Beispiel sei Aktivkohle genannt, durch Bildung eines Flüssigkeitsfilmes an der Oberfläche. Die Ausbildung eines Flüssigkeitsfilmes an der Oberfläche wirkt als Isolation des Adsorbers und behindert den Übergang zwischen Produkt und als Filter dienender Aktivkohle.
Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß insbesondere bei mehrstufig erfolgenden Extraktionen die Phasentrennzeit einen hohen Anteil der Chargenzeit ausmacht. Je kürzer die Chargenzeit ist, desto höher ist die Produktivität; eine Verlängerung der Chargenzeit ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten höchst unerwünscht und setzt die Produktivität einer mehrstufigen Extraktion drastisch herab.
Angesichts der oben nicht abschließend aufgezählten, jedoch gravierenden Nachteilen einer nicht vollständigen Phasentrennung hat man sich verschiedener Überwachungsmethoden bedient, um die Phasentrennung zu beobachten. Eine Vorgehensweise für eine vollständige Phasentrennung bestand darin, nach der Phasentrennung eine bestimmte Zeit abzuwarten. Um von Charge zu Charge sicherzustellen, daß die Wartezeit ausreichend vermessen ist, wird zusätzlich zur Phasentrennzeit, die vorher aus Erfahrungswerten ermittelt werden kann, ein relativ hohe Zeitzuschlag gewählt. Der Zeitzuschlag verursacht unter Umständen einen Kapazitätsverlust und bei einer problematischen Charge kann eine Störung nicht frühzeitig erkannt werden, da, um eine vollständige Phasentrennung zu erreichen, eine bestimmte Wartezeit abgewartet werden muß. Mit der Zeitzuschlagmethode läßt sich einerseits eine vollständige Phasentrennung unproblematischer Chargen erzielen, was andererseits durch den Nachteil der Verlängerung der Chargenzeit der Einzelcharge erkauft wird.
Neben der oben skizzierten Zeitzuschlagmethode kann der Ablauf der Phasentrennung auch durch Schaugläser beobachtet werden, die im Bereich der sich herausbildenden Trennschicht der Phase angeordnet sind und die in der Behälterwand des Behälters vorgesehen sein können, in denen die diskontinuierliche Phasentrennung abläuft. Die Lösung, mittels eines Schauglases den Ablauf der Phasentrennung zu beobachten, ist mit dem Nachteil behaftet, daß sich im Laufe der Phasentrennung eine Verschmutzung der Schaugläser durch Verunreinigungen einstellt, die Drucksicherheit der Behälter durch den Einbau eines Schauglases beeinträchtigt ist, und sich ein erhöhter Wartungsaufwand ergibt. Neben der Beobachtung des Ablaufs der diskontinuierlich oder kontinuierlich verlaufenden Phasentrennung mittels eines Schauglases können auch während der Flüssig-Flüssig- Extraktion Proben entnommen werden. Die Probeentnahme erfolgt manuell im Behälter nahe der Trennschicht. Eine Probenentnahme ist mit hohem Arbeits- und Zeitaufwand verbunden und stark in das Ermessen und die Erfahrung desjenigen gestellt, der die Probe entnimmt.
Daneben sind zur Überwachung von Phasentrennungen optische Sensoren im Behälter nahe der sich ausbildenden Trennschicht eingebaut worden. Optische Sensoren sind jedoch einer nicht unerheblichen Verschmutzung während der Flüssig-Flüssig-Extraktion ausgesetzt, so daß eine hohe Anfälligkeit gegen Störungen besteht und nicht immer sichergestellt ist, daß die Ausbildung der sich ergebenden Trennschicht zuverlässig verfolgt werden kann.
Angesichts der Nachteile der Lösungen aus dem Stande der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei diskontinuierlich erfolgenden Phasentrennungen den Ausbildungsgrad der sich einstellenden Phasentrennung möglichst störungsunanfallig zu verfolgen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Messung einer sich bei einer diskontinuierlichen Phasentrennung ausbildenden Trennschicht bei Batch- oder Semibatch- reaktionen während der Ablaufs einer Flüssig-Flüssig-Extraktion unter organischer Synthese gelöst, mit mindestens zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten, wobei die Trennschichtausbildung über eine Sonde verfolgt wird, die im Bereich der sich ausbildenden Trennschicht angeordnet ist, und die ein von der Dispersion und der Lage der Trennschicht abhängiges Signal liefert.
Die Verfolgung der sich ausbildenden Trennschicht über eine Sonde erlaubt eine exakte Bestimmung des Zeitpunktes, an welchem die Änderung der Trennschicht abgeschlossen ist und die diskontinuierlich ablaufende Phasentrennung als abgeschlossen betrachtet werden kann. Dadurch läßt sich die Phasentrennzeit genauestens ermitteln, so daß die Chargenzeit, in welcher die diskontinuierlich ablaufende Phasentrennung erfolgt, nicht unnötig durch die eingangs erwähnte Zeitzuschlagsmethode verlängert werden muß. Unerwartete Verlängerungen der Phasentrennzeit werden rechtzeitig erkannt, auf welche bei der Anwendung der Zeitzuschlagsmethode nicht rechtzeitig reagiert werden könnte. Somit kann unerwarteten Verlängerungen der Phasentrennzeit durch das Auftreten von Störungen rechtzeitig begegnet werden. In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ändert sich das Signal der die Trennschichtausbildung verfolgenden Sonde solange, bis die Trennschicht konstant ist, d.h. die ablaufende Phasentrennung vollständig erfolgt und zu einem Ende gekommen ist. Die Sonde kann auf Basis des potenziometrischen Meßprinzips arbeiten; es lassen sich jedoch auch solche Sonden einsetzen, die kapazitive Änderungen detektieren. Auf Basis des potenziometrischen Meßprinzips arbeitende Sonden können insbesondere dann eingesetzt werden, wenn sich die Leitfähigkeiten der beiden nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten signifikant unterscheiden. Kapazitive Sonden empfehlen sich dann, wenn sich die Dielektrizitätskonstanten der beiden Flüssigkeiten, die nicht miteinander mischbar sind, unterscheiden. Sowohl der Einsatz von Sonden auf Basis des potenziometrischen Meßprinzips als auch der von kapazitiven Sonden zieht den Vorteil nach sich, daß diese Meßmethode nicht verschmutzungsanfallig ist.
Anstelle der nach dem potenziometrischen Meßprinzip oder nach dem kapazitiven Meßprinzip arbeitenden Sonden lassen sich auch Sonden einsetzen, die mittels Radar (Time Domain Reflectory-Meßprinzip) einsetzen. Bei Einsatz solcherart beschaffener Sonden liefert das Meßgerät ein Signal abhängig von der Dispersion und der Lage der Trennschicht. Diese Meßmethode erfolgt auf berührungslosem Wege und ist nicht anfällig für Verschmutzungen durch Produkte.
Gemäß des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens können Punktmessungen in der Dispersion oberhalb bzw. unterhalb der sich schließlich einstellenden endgültigen Lage der Trennschicht vorgenommen werden, um den Dispersphasenanteil zum Zeitpunkt der Messung zu bestimmen. Oberhalb und unterhalb der sich ausbildenden Trennschicht lassen sich in den beiden Phasen die Leitfähigkeit (Direkt- oder Streustrom) die Kapazitäten und die Differenzdrücke messen, um den jeweiligen Dispersphasenanteil zum Zeitpunkt der Messung zu bestimmen. In vorteilhafter Weise erfolgen die Punktmessungen in einem engen Zeitraster, so daß der Ablauf der diskontinuierlichen Phasentrennung minutiös verfolgt werden kann.
Auch bei den Punktmessungen ist die diskontinuierlich ablaufende Phasentrennung als beendet anzusehen, wenn das Meßsignal konstant bleibt. Dann läßt sich die Phasentrennzeit ermitteln, innerhalb der die vollständige Phasentrennung der beiden nicht miteinander mischbaren Flüssigkeiten stattgefunden hat.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren läßt sich bei der Flüssig-Flüssig- Extraktion beispielsweise beim Auswaschen von Salzen aus organischen Flüssigkeiten, der Trennung von Gemischkomponenten mit geringer Siedepunktdifferenz (Aromate/Nichtaromate) sowie bei der Trennung azeotroper Gemische einsetzen. Daneben ist ein möglicher Anwendungsbereich bei Reaktionen durch Flüssig-Flüssig-Reaktionen bei organischen Synthesen, Neutralisationen und Ansäuerungen gegeben, ferner bei der Reaktion bei solchen Reaktionen, in der es zur Bildung einer zweiten flüssigen Phase während der Reaktion kommt. Ein weiterer Anwendungsbereich des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist dadurch gegeben, daß nach dem Überschreiten der Löslichkeitsgrenze beispielsweise durch Abdampfen einer Komponente aus einer gesättigten Lösung oder das Abkühlen oder Aufheizen von gesättigten Phasen (Kältetrübung) das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Ausbildung der Trennschicht eingesetzt werden kann. Ferner eignet sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Anwendung nach der Kondensation von Heteroazeotropen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt die Messung der Phasentrennzeit mit einer kapazitiven Sonde im Bereich der sich ausbildenden Trennschicht und
Fig. 2 die Messung des Dispersphasenanteils zur Bestimmung der Phasentrennzeit mit einer kapazitiven Sonde.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 geht die Messung der Phasentrennzeit mit einer kapazitiven Sonde im Bereich der Trennschicht näher hervor.
Die Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt die Messung der Phasentrennzeit mit einer kapazitiven Sonde (Fa. Auqasant SGK 250/50, FN 302184), Meßbereich 50 mm im Bereich der Trennschicht.
Anhand der Fig. 1 ist die sich ausbildende Trennschicht anhand zweier Produkte gezeigt. In einem 11-Rührgefäß aus Glas wurden zwei Anteile wäßrige Flüssigkeit und acht Anteile organische Flüssigkeit gemischt. Die wäßrige Flüssigkeit war Wasser mit 15 Gew.-% Natriumacrylat und die organische Flüssigkeit war Cyclohexan mit Tripropylendiacrylat (Versuch 1) und Polyetheracrylat aus Acrylsäure und Polyetherol (Trimethylolpropan alkoxyliert mit Ethylenoxid/Propylenoxid, Versuch 2). Das Meßsignal bleibt nach Beendigung der Phasentrennung unverändert. Aus der Darstellung gemäß Fig. 1 geht hervor, daß die diskontinuierlich ablaufende, in dem 11-Rührgefäß erfolgende Phasentrennung nach etwas mehr als 10 min. als abgeschlossen betrachtet werden kann. Die beiden Signale jeweils für den Versuch 1 und Versuch 2, mit Rechtecken bzw. mit Rauten bezeichnet, ändern sich nach Ablauf dieser Zeit- spanne nicht mehr, was durch die geraden Verläufe in der Darstellung gemäß Fig. 1 angedeutet ist. Daraus kann geschlossen werden, daß die diskontinuierliche Phasentrennung nach etwa 12 min. abgeschlossen ist, d.h. die Phasentrennzeit etwa 12 min. beträgt.
Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht die Messung des Dispersphasenanteils zur Bestimmung der Phasentrennzeit mit einer kapazitiven Sonde n her hervor.
Der Anstieg/ Abfall des Meßsignals zu Beginn ist zum großen Teil bedingt durch die Änderung des Dispersphasenanteils. In den beiden in Fig. 2 durchgeführten Versuchen 3 und 4 wurde das Meßsignal in Abhängigkeit vom Dispersphasenanteil aufgenommen. In einem 11-Rührgefäß aus Glas wurden zwei Anteile wäßrige Flüssigkeit und acht organische Flüssigkeitsanteile gemischt. Die wäßrige Flüssigkeit war dispergiert. Die wäßrige Flüssigkeit war Wasser mit 15 Gew.-% Natriumacrylat, wobei die organische .Flüssigkeit Cyclohexan mit Polyetheracrylat aus Acrylsäure und Polyetherol (Trimethylolpropan alkoxyliert mit Ethylenoxid/Propylenoxid) war. Aus dem Verlauf der in Fig. 2 dar- gestellten Kennlinie geht hervor, daß der Wassergehalt aufgetragen in Gewichtsprozent einen annähernd linearen Anstieg beschreibt.
Die Punktmessungen in der Dispersion oberhalb bzw. unterhalb der endgültigen Lage der Trennschicht, wie z.B. Leitfähigkeit aufgrund von Direkt- oder Streuströmen, die Änderungen von Kapazitäten, Differenzdruckmessungen sowie Ultraschallmessungen können eingesetzt werden, um den Dispersphasenanteil zum Zeitpunkt der Messung zu bestimmen. Während der Phasentrennung ändert sich der Dispersphasenanteil. Wenn die Phasentrennung beendet ist, bleibt das Meßsignal konstant und die Phasentrennzeit kann bestimmt werden. Aus dem Verlauf der in Fig. 2 wiedergegebenen Kennlinie, bei der die Elektrodanzeige über den sich einstellenden Wassergehalt in Gewichtsprozent aufgetragen ist, verläuft die Kennlinie während der erfolgenden Phasentrennung linear ansteigend.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Messung einer sich bei einer diskontinuierlichen Phasentrennung ausbildenden Trennschicht kann bei Flüssig-Flüssig- Extraktionen eingesetzt werden. Beispielhaft zu nennen wäre das Auswaschen von Salzen aus organischen Flüssigkeiten sowie die Abtrennung metallischer Salze aus wäßrigen Lösungen. Daneben ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Verfolgung der diskontinuierlich ablaufenden Phasentrennung bei der Abtrennung von Katalysatoren aus organischen Flüssigkeiten einsetzbar sowie bei der Abtrennung geringer Mengen von Hochsiedern aus wäßrigen Lösungen wie z.B. Phenol aus Wasser. Daneben kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren bei der Trennung Gemischkomponenten geringer Siedepunktdifferenz so etwa bei der Trennung von Aromaten und Nichtaromaten eingesetzt werden. Ferner eignet sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren überaus zum Einsatz von diskontinuierlichen Phasentrennungen bei der Trennung temperaturempfindlicher Stoffe so beispielsweise bei der Abtrennung von Monomeren aus Oligomeren oder Naturstoffen.
Ferner lassen sich mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens die Phasen- trennvorgänge bei azeotropen Gemischen, etwa bei der Entwässerung von Aminen mit NaOH einsetzen. Ferner ist das Verfahren überaus geeignet für den Einsatz bei Phasentrennungen von Substanzen mit hoher Siedetemperatur.
Neben dem Anwendungsbereich von Flüssig-Flüssig-Extraktionen kann das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren auch bei Reaktionen, etwa bei Flüssig-Flüssig-Reak- tionen, so z.B. organischen Synthesen, Neutralisationen sowie Ansäuerungen, eingesetzt werden. Ferner läßt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Verfolgung der Ausbildung der sich einstellenden Trennschicht bei der Bildung solcher Reaktionen einsetzen, während der eine zweite Flüssige Phase während der Reaktion gebildet wird.
Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Verfolgung der Ausbildung der Trennschicht kann auch nach dem Überschreiten der Löslichkeitsgrenze durch Abdampfen einer Komponente aus einer gesättigten Lösung sowie durch Abkühlen oder Aufheizen von gesättigten Phasen (Kältetrübung) gekennzeichneten Verfahrensschritten eingesetzt werden. Ferner lassen sich mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens diskontinuierliche Phasentrennung nach der Kondensation von Heteroazeotropen verfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Messung einer sich bei einer diskontinuierlichen Phasentrennung ausbildenden Trennschicht bei Batch- oder Semibatchreaktionen während des Ablaufs einer Flüssig-Flüssig-Extraktion oder organischer Synthesen von mindestens zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschichtausbildung über eine Sonde verfolgt wird, die im Bereich der sich aus- bildenden Trennschicht angeordnet ist und die ein von der Dispersion und der Lage der Trennschicht abhängiges Signal liefert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Signal der die Trennschichtausbildung verfolgenden Sonde so lange ändert, bis die Trennschicht konstant ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde auf Basis des potenziometrischen Meßprinzips arbeitet.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine kapazitive Änderungen detektierende Sonde eingesetzt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine berührungslose Messung der sich ausbildenden Trennschicht bei Einsatz einer Sonde nach dem Time-Domain-Reflectometry-Meßprinzip erfolgt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Punktmessungen der Dispersphasenanteil zum Zeitpunkt der Messung oberhalb und unterhalb der Lage der sich ausbildenden Trennschicht ermittelt wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Punktmessung die Leitfähigkeit oberhalb bzw. unterhalb der sich ausbildenden Trennschicht ermittelt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Punktmessungen die Kapazitäten oberhalb bzw. unterhalb der sich ausbildenden Trennschicht ermittelt werden.
9. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Punktmessung der Differenzdruck oberhalb und unterhalb der sich ausbildenden Trennschicht bestimmt wird.
10. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion zum Auswaschen von Salzen aus organischen Flüssigkeiten eingesetzt wird.
11. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es beim Abtrennen von Metallsalzen aus wäßrigen Lösungen, dem Abtrennen von Katalysatoren aus organischen Flüssigkeiten sowie beim Abtrennen von Hochsiedern aus wäßrigen Lösungen eingesetzt wird.
12. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es bei der Trennung der Gemischkomponenten mit geringer Siedepunktdifferenz , der Trennung temperaturempfindlicher Stoffe, der Trennung azeotroper Gemische und der Trennung von Substanzen mit hoher Siedetemperatur eingesetzt wird.
13. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es bei der Phasentrennung nach dem Überschreiten der Lös- lichkeitsgrenze eingesetzt wird.
14. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es nach der Kondensation von Heteroazeotropen eingesetzt wird.
15. Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es bei der Neutralisation sowie bei der Ansäuerung von organischen Flüssigkeiten eingesetzt wird.
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