Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3913
Main Title: Experimental investigation of the complex liquid liquid equilibrium in the system pure/technical grade nonionic surfactant + water + oil
Translated Title: Experimentelle Untersuchung des komplexen flüssig-flüssig Phasengleichgewichtes im System reines/technisches Tensid + Wasser + Öl
Author(s): Schrader, Philipp
Referee(s): Enders, Sabine
Wolf, Bernhard
Flöter, Eckhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Aufgrund verschiedenster Anwendungsmöglichkeiten sind tensidhaltige Systeme immer mehr Gegenstand universitärer aber auch industrieller Forschung. Das Phasenverhalten von Systemen des Typs nichtionisches Tensid + Wasser + Alkan ist in der Literatur sehr gut beschrieben. Ein wichtiges Merkmal dieser Systeme ist das Auftreten eines Dreiphasen flüssig-flüssig Gleichgewichtes, wobei die Mittelphase Mikroemulsion genannt wird. Die Mikroemulsion, die zu großen Teilen aus Wasser und Kohlenwasserstoffen besteht, kann verwendet werden, um z.B. hydrophile Katalysatorsysteme in einer hydrophoben Umgebung zu lösen. Aus anwendungstechnischer Sicht ist es erforderlich, dass Phasen- und Aggregationsverhalten genauestens zu kennen. Aufgrund der speziellen Mikrostruktur der Mikroemulsion ist es nicht möglich mit der Gibbs’schen Thermodynamik dieses Verhalten vorherzusagen, der Anwender ist daher ausschließlich auf experimentelle Daten angewiesen. Innerhalb dieser Arbeit wurden Methoden entwickelt, die eine schnelle, sichere und reproduzierbare Konodenmessung in den binären Randsystemen, aber auch im ternären System zulassen. Es sind die flüssig-flüssig Gleichgewichte in den binären Systemen Wasser + C12E8, sowie Wasser + Genapol X080® bestimmt worden. Darüber hinaus wurden erstmalig die binären Systeme Wasser + 1-Dodecen und Wasser + technisches 1-Dodecen über einen großen Temperaturbereich vermessen. Um den Einfluss der Verwendung technischer Stoffe auf das Phasengleichgewicht zu bestimmen, wurde das Phasenprisma für das System C12E8 + Wasser + 1-Dodecen, sowie das Phasenprisma für das System Genapol X080® + Wasser + 1-Dodecen untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass nicht nur die Phasenwechseltemperaturen um bis zu 40°C voneinander abweichen, sondern auch die Anzahl der koexistierenden Phasen ansteigt. Es wurde erstmalig ein Aufspalten der Mikroemulsion in zwei Phasen beobachtet. Um solche Systeme als Reaktionssyssteme z.B. in der Hydroformylierung anwenden zu können, wurde der Einfluss von Aldehyd und Katalysator auf das flüssig-flüssig Gleichgewicht bestimmt. Es zeigte sich, dass der Einfluss des Katalysators vernachlässigbar ist im Gegensatz zum Aldehydeinfluss. Im Sinne einer optimalen Reaktionsführung ist daher die Temperatur mit steigendem Aldehydanteil entsprechend anzupassen.
Surfactant containing systems are in the focus of interest since many years. Until today the general phase- and aggregation behavior for the systems containing nonionic surfactant + water + alkane is well described in literature. One of the most important characteristic of these systems is the occurrence of a three phase liquid liquid equilibrium (LLE) with the microemulsion as the middle phase. The microemulsion incorporates large amount of water and hydrocarbon and therefore it can be used e.g. to solubilize water soluble catalyst in non-aqueous environment. For application of these systems the phase- and aggregation behavior has to be known in detail. However, due to the specific microstructure the thermodynamic modeling with classical thermodynamic according to Gibbs is not feasible. Therefore techniques were developed within this work for an efficient and fast detection of tie lines within the binary subsystems as well as in the ternary system. Beside the measurement of the binary system pure surfactant C12E8 + water as well as technical grade surfactant Genapol X080® + water, new data for the binary system water and pure 1-dodcene as well as water + technical grade 1-dodecene was measured. For the first time the solubility of water in pure and technical 1-dodecene was determined within a large temperature range. Furthermore, the solubility of pure and technical grade 1-dodecene in water could be determined successfully. The phase prism was measured across a wide temperature range for a system containing pure substances and a system containing technical grade substances in order to investigate the influence of impurities and the surfactant degree of ethoxylation on the LLE. The differences between a system containing pure substances and a system containing technical grade substances are enormous. Phase change temperatures differ up to 40°C and also the number of coexisting phases is increasing. A four phase liquid equilibrium in a system containing technical grade surfactants is reported for the first time, where the microemulsion splits into two phases. Exemplary for the hydroformylation reaction the influence of formed product as well as the catalyst influence was investigated on the LLE resulting that the catalyst influence on the LLE is negligible contrary to the product influence. The formed aldehyde lowers the Winsor III temperature significantly and therefore the reaction temperature has to be adopted.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-46114
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4210
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3913
Exam Date: 13-Dec-2013
Issue Date: 13-Jan-2014
Date Available: 13-Jan-2014
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Kahlweit'scher Fisch
Konnoden
Phasenprisma
Tensid
Kahlweit's fish
Phase prism
Surfactant
Tie lines
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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