CC BY
38
УДК 544.34:66.048.1
А. В. Клинов, Л. Р. Минибаева, А. В. Малыгин, А. Р. Хайруллина
РАВНОВЕСИЕ ПАР-ЖИДКОСТЬ СМЕСИ ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ - ВОДА В ПРИСУТСТВИИ ИОННОЙ ЖИДКОСТИ [EMIM][Cl]
Ключевые слова: фазовое равновесие пар-жидкость, ионная жидкость, азеотропная смесь.
В рамках разработанной методики исследования равновесия пар-жидкость на основе процесса открытого испарения жидкой смеси в изобарных условиях [1], проведены исследования влияния ионной жидкости 1-этил-3-метилимидазол хлорид [EMIM][Cl] на условия фазового равновесия пар- жидкость азеотропной смеси этиловый спирт-вода.
Keywords: vapor- liquid equilibrium, ionic liquid, azeotrope.
In the framework of the developed technique study vapor-liquid equilibrium on the basis of an open process of evaporation of the liquid mixture in isobaric conditions [1] investigated the effect of the ionic liquid 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride [EMIM] [Cl] on the conditions of phase equilibrium vapor - liquid azeotropic mixture ethyl alcohol-water.
Введение
В последнее время большой интерес проявляется к ионным жидкостям (ИЖ), которые, благодаря особенностям своих свойств, имеют широкие перспективы применения в химической технологии. Одним из вариантов их применения является использование ИЖ в качестве экстрагирующих агентов в процессах разделения (экстрактивная дистилляция, абсорбция и др.). В работе [2] было показано, что добавление ИЖ в смесь этиловый спирт - вода позволяет избавиться от азеотропной точки. Данные результаты получены на основе моделирование термодинамических свойств и условий фазовых равновесий.
Данные по условиям фазового равновесия между жидкостью и паром в многокомпонентных системах являются основой для расчета и проектирования процессов разделения жидких смесей.
Целью данного исследования являлось экспериментальное изучение возможности разделения азеотропной водно-спиртовой смеси при атмосферном давлении в присутствие ИЖ [ЕМ1М][С1]. За основу проведения экспериментальных исследований была взята предложенная в работе [1] методика исследования равновесия пар-жидкость на основе процесса открытого испарения жидкой смеси в изобарных условиях. Данная методика позволяет проводить исследования с ИЖ, так как она при условиях эксперимента постоянно находится в жидкой фазе, соответственно ее количество известно и не изменяется. Данное обстоятельство позволяет использовать методы газовой хроматографии для контроля состава образующегося дистиллята.
В качестве объекта исследования выступала смесь этиловый спирт - вода, имеющая азео-троп в области концентрации 95,57 % об. этилового спирта.
Экспериментальная часть
Для проведения экспериментальных исследований использовался ротационный испаритель IKA-RV 10 digital.
В качестве разделяющего агента использовалась ионная жидкость 1-этил-3-метилимидазол хлорид [EMIM][Cl] производства «Sigma Aldrich» (99.7%).
Водно-спиртовая смесь готовилась из этилового спирта сорта «Альфа» и деонизированной воды, подготовленной на установке «Osmodemi 12». Содержание воды в исходном спирте контролировалось с помощью кулонометрического титратора «C20 Compact Karl Fischer Coulometric» фирмы Mettler Toledo (с относительной погрешностью измерения ±3%).
Для проведения экспериментов было приготовлено три исходных смеси с различным содержанием ИЖ: 15 % масс.; 20 % масс.; 40% масс. Исходная жидкая смесь этиловый спирт - вода известного состава, в количестве 200 - 250 гр., заливалась в куб-испаритель ротационного испарителя. К данной смеси добавлялась ИЖ, в количестве, необходимом для достижения указанных выше концентраций.
Компонентный состав отбираемого в ходе эксперимента дистиллята контролировался с помощью аппаратно-программного комплекса на базе газового хроматографа «Кристалл 2000 М» (детектор - ДТП, колонка - FFAP 50 м).
Результаты и обсуждения
На рисунке 1 представлены результаты исследования влияния ИЖ 1-этил-3-метилимидазол хлорид [EMIM] [Cl] на условия фазового равновесия пар-жидкость этиловый спирт-вода. Из графика видно, что добавление [EMIM][Cl] смещает азео-тропную точку в область больших концентраций этилового спирта. При содержании [EMIM][Cl] в смеси в количестве 15% массовых и более наблюдается исчезновение азеотропии.
ц
° 1 я 1
ф 15 %[EMIM][Cl] А 20 %[EMIM][Cl] + 40 %[EMIM][Cl]
П-1-Г
0.2
1
0.4
Г
0.6
'х(масс. дол1)
Рис. 1 - Равновесные составы пара и жидкости в тройной системе этиловый спирт-вода-[ЕМ1М][С1]. Непрерывная линия - данные в отсутствии [ЕМ1М] [С1]
Заключение
В данной работе проведено экспериментальное исследование фазового равновесия пар-жидкость для азеотропной смеси этиловый спирт-вода в присутствии ИЖ [ЕМ1М][С1]. Результаты исследований показали, что наличие ИЖ позволяет смещать азеотропную точку, а при содержании [ЕМ1М][С1] в смеси в количестве 15% массовых и более наблюдается исчезновение азеотропии.
Данный подход может быть использован для экспериментального исследования влияния ИЖ на фазовое равновесие азеотропных смесей. Полученные результаты затем могут быть использованы, например, для уточнения параметров моделей при описании условий фазового равновесия.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 1403-00251 а.
Литература
1. А.В. Клинов, Л.Р. Минибаева, А.В. Малыгин, А.Р. Габдрахманова, Вестник Казанского технологического университета, 17, 13, 165-167 (2014).
2. А. В. Клинов, Л. Р. Минибаева, А. В. Малыгин, А. Р. Габдрахманова, Вестник Казанского технологического университета, 17, 7, 28-35 (2014).
© А. В. Клинов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. процессов и аппаратов химической технологии КНИТУ, alklin@kstu.ru; Л. Р. Минибаева - доцент той же кафедры, minibayeva@kstu.ru; А. В. Малыгин — доцент той же кафедры, mav@kstu.ru; А. Р. Хайруллина — магистр группы 223-М3 КНИТУ, apelsinochka91@mail.ru.
© A. V. Klinov - head of the processes and devices of chemical technology KNRTU, alklin@kstu.ru; L. R. Minibaeva - associate Professor of processes and devices of chemical technologies KNRTU, minibayeva@kstu.ru; A. V. Malygin - associate professor in the same department, mav@kstu.ru; A. R. Khairullina - master group 223-M3 KNRTU, apelsinochka91@mail.ru.
0.8
0.6
0.4 —
0.2
0
0
