DE1238441B

DE1238441B - Verfahren zur Verteilung von Stoffen zwischen zwei fluessigen Phasen

Info

Publication number: DE1238441B
Application number: DEB51539A
Authority: DE
Inventors: Dr Paul Raff
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1958-12-23
Filing date: 1958-12-23
Publication date: 1967-04-13

Description

Verfahren zur Verteilung von Stoffen zwischen zwei flüssigen Phasen In der chemischen Verfahrenstechnik wird die Verteilung von gelösten Stoffen zwischen zwei nicht oder nur begrenzt mischbaren Lösungsmitteln vielfach angewandt. So kann man z. B. durch sogenannte »Flüssig-flüssig-Extraktion« einen in einem Lösungsmittel gelösten Stoff, je nach seinem Verteilungskoeffizienten und nach der Häufigkeit, mit der die Verteilung unter Verwendung von frischem Extraktionsmittel wiederholt wird, mehr oder minder weitgehend in das Extraktionsmittel überführen. Dabei kann es beispielsweise das Ziel des Verfahrens sein, einen wertvollen gelösten Stoff zu gewinnen oder aber ein wertvolles Lösungsmittel von einem unerwünschten Stoff zu befreien. In vielen Fällen ist die eine Phase Wasser, die andere eine hydrophobe organische Flüssigkeit.
Zur Durchführung einer solchen Verteilung ist eine Reihe von Ausführungsformen bekannt. Anordnungen mit mechanisch bewegten Teilen sind beispielsweise die Apparatur nach C r a i g für Laboratoriumszwecke sowie der »Podbielniak-Extraktor« oder der )>Rotating Disc Contactor« als technische Ausführungsformen.
Anordnungen ohne mechanisch bewegte Teile bedürfen einer geringeren Wartung und werden deshalb oft bevorzugt. Ohne mechanisch bewegte Teile arbeitet man beispielsweise bei der »Verteilungschromatographie nach M a r t i n und 5 y II g e«, die im Laboratorium für analytische und zum Teil sogar für präparative Zwecke verwendet wird. Dabei wird ein Trägermaterial mit feinen Poren, das eine besondere Affinität zu einer der beiden Verteilungsphasen besitzt, mit eben dieser Phase getränkt und dann als »stationäre Phase« in eine Säule eingefüllt. Durch diese Säule läßt man die andere der beiden Verteilungsphasen, die »mobile Phase«, laufen. Solche Verteilungssäulen besitzen zwar eine hohe Wirksamkeit, doch sind sie für kontinuierliche Verfahren ungeeignet, weil nur die »mobile Phase« fortlaufend zugeführt werden kann. Für technische Prozesse würden außerdem solche Trennsäulen wegen des begrenzten Aufsaugevermögens des Trägermaterials für die »stationäre Phase» sehr groß.
Als weitere Anordnung ohne bewegte Teile benutzt man in der Technik für die kontinuierliche Stofftrennung durch Verteilung zwischen zwei Lösungsmitteln häufig mit Formkörpern beschickte Extraktionssäulen. Die günstige Wirkung der Formkörper, die in der Regel aus Metall, keramischem oder ähnlichem Material bestehen, beruht auf der Verlängerung der Wegstrecke, die die Tröpfchen der zerteilten Phase zurücklegen müssen. Man führt die spezifisch schwerere Phase von oben und die spezifisch leichtere von unten zu. Der abzutrennende Stoff kann in der von oben zugeführten oder in der von unten eingebrachten Phase enthalten sein. Die leichte Phase steigt in Form von Tröpfchen in die Höhe, wenn die von oben zugeführte Phase die zusammenhängende oder äußere Phase ist, während die schwerere Phase zerteilt nach unten sinkt, wenn die leichtere Phase zusammenhängt.
In jedem Fall wird die spezifisch leichtere Phase oben und die spezifisch schwerere unten abgenommen.
Es wurde nun gefunden, daß sich gelöste oder in homogener Mischung befindliche Stoffe durch Verteilung zwischen einer flüssigen, hydrophoben inneren Phase und einer in einer mit Füllkörpern beschickten Zone dazu im Gegenstrom geführten flüssigen, hydrophilen äußeren Phase vorteilhaft extrahieren lassen, wenn man erfindungsgemäß Füllkörper mit hydrophober Oberfläche verwendet.
Von den nach dem Verfahren verteilbaren Stoffen seien beispielsweise Alkohole, wie Methanol, Äthanol und Butanol, oder Ketone, wie Aceton, Butanon und Cyclopentanon, oder Ester, wie Methylacetat, Äthylacetat und Äthylbenzoat, oder Carbonsäuren, wie Essigsäure, Acrylsäure und Buttersäure, ferner Salze, wie die Hydrohalogenide von Aminen, genannt. Geeignete hydrophobe, mit Wasser praktisch nicht mischbare Lösungsmittel sind unter anderem Benzin, Benzol, Chlorkohlenwasserstoffe, wie Chloroform, Methylenchlorid und Äthylenchlorid, sowie höhermolekulare Ester oder Alkohole, wie Acrylsäurebutylester und 2-Äthylhexanol. Die zweite flüssige Phase besteht in der Regel aus Wasser, einer wäßrigen Lösung, z. B. von Salzen, Säuren oder Basen, oder aus wasserfreien oder wasserarmen Säuren, wie konzentrierte Schwefelsäure. Auch Gemische von Wasser mit einem oder mehreren hydrophilen Lösungsmitteln oder hydrophile Lösungsmittel allein, wie Methanol, oder Mischungen von hydrophilen Lösungsmitteln können verwendet werden.
Gegebenenfalls kann man auch zwei Stoffe mit ähnlichen oder auch stark verschiedenen Verteilungskoeffizienten gleichzeitig zwischen zwei Lösungsmitteln verteilen. So lassen sich beispielsweise Acrylsäure und Butanol, die im Gemisch mit Acrylsäurebutylester vorliegen, nach dem Verfahren mit geringem Aufwand praktisch vollständig in Wasser aufnehmen.
Geeignete Körper mit hydrophober Oberfläche sind z. B. Füllkörper aus Kunststoffen, vorzugsweise - wegen der praktisch vollkommenen Unempfindlichkeit gegen Lösungsmittel - aus Polytetrafluoräthylen oder Polytrifluorchloräthylen. In vielen Fällen kann man auch Füllkörper aus Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylcarbazol, Gießharzen oder Polykondensaten, wie Phenol-Formaldehyd-Harze und Harnstoff-Formaldehyd-Harze, benutzen. Auch Füllkörper aus Metallen, wie Aluminium, aus Glas oder keramischem Material kommen in Betracht, wenn sie durch geeignete Maßnahmen, wie Oberflächenbehandlung, Lackieren oder Überziehen mit Kunststoffen, hydrophob gemacht wurden.
Die Füllkörper können als Formkörper, z. B. als Kugeln, Würfel, Zylinder, Hohlzylinder oder Sättel, ausgebildet sein oder aber in Form von Spänen oder in ähnlicher Gestalt verwendet werden.
Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht z. B. aus einem innen gegebenenfalls mit einem Kunststoff ausgekleideten, senkrecht angeordneten Rohr, das Füllkörper mit hydrophober Oberfläche enthält. Die Füllkörper werden nötigenfalls in geeigneter Weise am Aufschwimmen gehindert, beispielsweise durch Beschweren mit einer Siebplatte aus keramischem Material oder Stahl. Im unteren Teil des Rohres befindet sich der Einlaufstutzen für die spezifisch leichtere, im oberen Teil der Einlaufstutzen für die spezifisch schwerere Phase und darüber ein Überlauf für die Abnahme der spezifisch leichteren Phase. Die spezifisch schwerere Phase verläßt das Rohr unterhalb des Einlaufstutzens für die spezifisch leichtere Phase und wird über ein Niveaugefäß entnommen, durch dessen Höhe man die Lage der Grenze zwischen den beiden Phasen festlegt.
Die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung geht aus den folgenden Beispielen hervor.
Beispiel 1 In ein Glasrohr von 210 cm Länge und 6 cm Durchmesser, das in 20 und 180 cm Höhe mit je einem Einlaufstutzen und in 190 cm Höhe mit einem Überlaufrohr versehen ist, werden bis zur Höhe des unteren Einlaufstutzens Glashohlzylinder von 8 mm Durchmesser und vom unteren Einlaufstutzen bis wenige Zentimeter über das Überlaufrohr Hohlzylinder derselben Größe aus Polyäthylen eingefüllt. Auf der oberen Füllkörperschicht befindet sich zur Beschwerung eine Siebplatte aus Edelstahl. Das Glasrohr ist an seinem unteren Ende zu einem Schlauchstutzen verjüngt, von dem ein Schlauch zu einem Niveaugefäß mit seitlichem Überlauflohr führt.
Durch den oberen Einlaufstutzen werden stündlich 6000 g Wasser und durch den unteren Einlaufstutzen stündlich 587 g eines bei der Acrylsäurebutylestersynthese anfallenden Gemisches von 36,6 0/o Acrylsäurebutylester, 0,7 0/o Acrylsäure und 62,7 0/o Butanol zugeführt. Das Niveaugefäß wird in seiner Höhe so eingestellt, daß sich die Trennschicht zwischen wäßriger und organischer Phase wenige Zentimeter unterhalb des oberen Einlaufstutzens befindet.
Am oberen Überlaufrohr werden stündlich 215 g eines 98,50/,igen Acrylsäurebutylesters abgezogen, während über das Niveaugefäß stündlich 6360 g einer wäßrigen Lösung mit einem Gehalt von 5,8 °lo Butanol ablaufen.
Wird dieselbe Apparatur durchgehend mit 8-mm-Glashohlzylindern gefüllt, so erhält man unter sonst gleichen Bedingungen am Überlauf ein Gemisch, das nur 66,50/,ige Acrylsäurebutylester enthält.
Beispiel 2 Das im Beispiel 1 verwendete Glasrohr wird bis zu einigen Zentimetern unterhalb des oberen Einlaufstutzens mit Hohlzylindern aus Polyäthylen von 8 mm Durchmesser gefüllt und diese Füllung mit Glashohlzylindern derselben Größe bis etwa 10 cm über das Überlaufiohr überschichtet. Durch den unteren Einlaufstutzen führt man bei 200 C stündlich 6000 cm8, entsprechend 7100 g, einer salzsauren wäßrigen Lösung von Eisen(III)-chlorid und Kaliumchlorid, deren Konzentrationen einem Gehalt von 0,26 Gewichtsprozent Fe und 0,25 Gewichtsprozent K entsprechen, durch den oberen Einlaufstutzen stündlich 2000 cm8 eines Gemisches von Acetophenon und Bromoform mit der Dichte D20 = 1,471 g/cm3 zu. Die organische Phase wird unten so abgezogen, daß die Trennschicht zur wäßrigen, knapp oberhalb des unteren Einlaufstutzens steht. Die organische Phase enthält 0,79 Gewichtsprozent Fe und 0,0005 Gewichtsprozent K, während in der oben abgezogenen wäßrigen Phase 0,23 Gewichtsprozent K und 0,001 Gewichtsprozent Fe enthaften sind.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zur Extraktion durch Verteilung von gelösten oder in homogener Mischung befindlichen Stoffen zwischen einer flüssigen, hydrophoben inneren Phase und einer in einer mit Füllkörpern beschickten Zone dazu im Gegenstrom geführten flüssigen, hydrophilen äußeren Phase, d a d u r c h gekennzeichnet, daß man Füllkörper mit hydrophober Oberfläche verwendet.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 181 667; Naturwissenschaften, 1958, S. 97.