Entwässerung Ionischer Flüssigkeiten mittels Fallfilmverdampfung

In der vorliegenden Arbeit wurde die Entwässerung von Ionischen Flüssigkeiten (IL) im Fallfilmverdampfer (FFV) untersucht. Es wurden drei verschiedene Ionische Flüssigkeiten verwendet. Zwei davon waren Imidazolium-, eine Ammonium-basiert. Alle drei IL sind kommerziell erhältlich, jedoch bisher nicht komplett bezüglich ihrer Stoffwerte untersucht.

Zur Entwässerung wurde ein dampfbeheizter Einrohr-Metall-Fallfilmverdampfer verwendet. Das Verdampferrohr weist folgende Geometrie auf: da x s x l = 32 × 3 × 2770 mm. Die Beheizung erfolgte mit Sattdampf, dessen Kondensationstemperatur geregelt werden konnte. Mit der Apparatur konnten sowohl Batch- als auch Konti-Versuche durchgeführt werden. Neben dem Fallfilmverdampfer wurden Versuche in einer Siedeblase durchgeführt. Hiermit konnten vergleichende Versuche bezüglich des Wassergehaltes durchgeführt werden. Im Vergleich zeigte sich ein geringerer Wassergehalt in der Siedeblase als im Fallfilmverdampfer. Als Grund für die Differenz kommen apparative Gründe zum Tragen, unter anderem der Brüdenabscheider sowie der längere Weg zwischen Verdampferrohr und Kondensator.

Für alle Versuche wurde der Wassergehalt mittels Karl-Fischer-Titration bestimmt. Hierbei wurde eine Dreifachbestimmung für jede Probe verwendet.

Aus den Gleichgewichtsdaten der Fallfilmverdampfer-Versuche wurde mittels eines Matlab-Programms sowohl eine geometrische als auch algebraische Lösung zur Berechnung des Wassergehaltes für vorgegebene Parameter für Druck und Temperatur erarbeitet. Weiterhin wurde das Programm dahingehend erweitert, dass auch die Viskosität als Funktion von Wassergehalt und Temperatur vorausberechnet werden kann. Hierbei zeigte sich, dass die Datenbasis nicht bei allen IL ausreichend war, um eine sinnvolle Funktion zu generieren.

Neben den Batchversuchen wurden auch Konti-Versuche durchgeführt. Hier wurde gezeigt, dass eine kontinuierliche Prozessführung bei der Entwässerung möglich ist. Weiterhin wurde der Wassergehalt im Feedstrom variiert. Damit konnte die Verdampferleistung ermittelt werden. Es konnte gezeigt werden, welcher Massenstrom ausgedampft werden kann. Zusätzlich wurde ein Vergleich der experimentell ermittelten inneren Wärmeübergangskoeffizienten, mit denen der mit ausgewählten Modellen berechnet wurde. Hierbei zeigte sich, dass die experimentellen Werte deutlich oberhalb nahezu aller Modelle liegen.

Daher wird unter anderem eine Ausweitung der Datenbasis angeregt, um ein auf IL zugeschnittenes Modell erstellen zu können.