Bei Flüssig-Flüssig-Extraktionen und einigen organischen Synthesen liegen in der Regel zwei nicht mischbare Flüssigkeiten vor. Wahrend 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 Flüssig- keiten 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 führen, 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 Abwasser- belastung 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 nach- geschalteten Wärmeübertragern und Kolonnen zu Verkrustungserscheinungen durch salz- haltige 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- gehensweise zur Beseitigung von Verkrustungen an Kolonneneinbauten und Wärmeüber- tragern 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 Wärmeübertragern 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 Katalysatorvergiftung 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 Verkrustungs- erscheinungen oder schichtförmigen Ablagerungsaufbau an den Innenseiten der Rohr- leitungen ein erhöhter Energie-und Trennaufwand bei einer Destillation zu leisten. Je stärker der Leitungsquerschnitt durch sich aufbauende Verkrustungserscheinungen beein- trächtigt wird, desto geringer ist der freie Strömungsquerschnitt und desto höherer Energie- aufwand 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 Flüssigkeits- filmes 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 Überwachungs- methoden 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 ver- messen 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 störungsunanfällig 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 Trenn- schichtausbildung 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 verschmutzungsanfällig 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/Nicht- aromate) sowie bei der Trennung azeotroper Gemische einsetzen. Daneben ist ein möglicher Anwendungsbereich bei Reaktionen durch Flüssig-Flüssig-Reaktionen bei orga- nischen 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 ll-Rührgefaß 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-Rührgefaß erfolgende Phasentrennung nach etwas mehr als 10 min. als abge- schlossen betrachtet werden kann. Die beiden Signale jeweils für den Versuch 1 und Ver- such 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 ange- deutet 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 naher 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-Rührgefaß aus Glas wurden zwei Anteile wäßrige Flüssigkeit und acht orga- nische 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 Hochsieden 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- trennvorgange 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 erfindungs- gemäß 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.