Σύνθεση ιοντικών υγρών και βαθέων ευτηκτικών διαλυτών και εφαρμογή τους στο διαχωρισμό του αζεοτροπικού μίγματος αιθανόλης/νερού - Γκινέτσι, Νάνσι (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων. Εργαστήριο Θερμοδυναμικής και Φαινομένων Μεταφοράς, 2014)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε μέτρηση της ισορροπίας φάσεων ατμού-υγρού του συστήματος αιθανόλης/νερού παρουσία τεσσάρων διαλυτών, δύο βαθέως ευτηκτικών διαλυτών και δύο ιοντικών υγρών. Και οι τέσσερις διαλύτες αλληλεπιδρούν εκλεκτικά με το νερό αναγκάζοντάς το να παραμένει στην υγρή φάση με αποτέλεσμα να εμπλουτίζεται η ατμώδης φάση με αιθανόλη και να μετατοπίζεται το αζεότροπο σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αιθανόλης. Τα ιοντικά υγρά είναι ουσίες που αποτελούνται από ιόντα, βρίσκονται σε υγρή φάση ακόμα και σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και χαρακτηρίζονται από ένα πλήθος ιδιοτήτων με κυριότερες την αμελητέα τάση ατμών, την υψηλή θερμική και χημική σταθερότητα και τη μη ευφλεκτότητα. Μια υποκατηγορία των ιοντικών υγρών είναι οι βαθείς ευτηκτικοί διαλύτες που σχηματίζονται, συνήθως , από δύο ή τρία φτηνά και ασφαλή υλικά, τα οποία έχουν την ικανότητα να συνδέονται μεταξύ τους, κυρίως με δεσμούς υδρογόνου, ενώ το τελικό προϊόν που προκύπτει (ευτηκτικό μίγμα) έχει σημείο τήξης χαμηλότερο από το σημείο τήξης των συστατικών του μίγματος. Εμφανίζουν παρόμοιες φυσικοχημικές ιδιότητες με τα ιοντικά υγρά, υπερτερώντας σε τομείς όπως η οικονομία των πρώτων υλών και η φιλικότητα προς το περιβάλλον. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας έγινε σύνθεση των βαθέων ευτηκτικών διαλυτών [(CH3)3NCH2CH2OH]+[Cl]:[NH2CONH2] σε μοριακή αναλογία (1:2) (DES1) και [(CH3)3NCH2CH2OH]+[Cl]-:[OHCH3CH2OCH2CH2OCH2CH2OH] σε αναλογία (1:3) (DES2) καθώς και των ιοντικών υγρών [CH3COO-][NH3+CH2CH2OH] (ΙL1) και [CH3CH2CH2CH2CH2COO-][H3N+CH2CH2OH] (ΙL2) σε ισομοριακή αναλογία. Στη συνέχεια εξετάστηκε η επίδραση τους στην ισοβαρή ισορροπία ατμού-υγρού του συστήματος αιθανόλη/νερό. Το DES1 χρησιμοποιήθηκε σε αρχική περιεκτικότητα 5% και 10% w/w ενώ τα υπόλοιπα χρησιμοποιήθηκαν και σε 15% w/w αρχική συγκέντρωση. Όλες οι μετρήσεις έγιναν σε πίεση 1013.3 mbar. Τέλος, έγινε θερμοδυναμική μοντελοποίηση της ισορροπίας φάσεων του τριαδικού συστήματος αιθανόλη/νερό/συνδιαλύτης με χρήση του θερμοδυναμικού μοντέλου τοπικής σύστασης UNIQUAC και υπολογίστηκαν οι ελάχιστες συγκεντρώσεις ανά διαλύτη που απαιτούνται για τον διαχωρισμό του αζεότροπου μίγματος. Και οι τέσσερις διαλύτες οδήγησαν σε αύξηση της σχετικής πτητικότητας της αιθανόλης και επομένως σε μετατόπιση του αζεοτροπικού σημείου σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αιθανόλης ή ακόμα και στην εξαφάνιση του αζεοτρόπου. Για όλους τους διαλύτες, συγκέντρωση 10% ήταν αρκετή για την πλήρη εξαφάνιση του αζεοτρόπου. Όσον αφορά τη μοντελοποίηση, τα σχετικά σφάλματα στη θερμοκρασία βρασμού(Τ), τη γραμμομοριακή συγκέντρωση στην ατμώδη φάση(y1) και τη σχετική πτητικότητα(α12) της αιθανόλης ήταν ιδιαίτερα ικανοποιητικά. Πιο συγκεκριμένα: Για το DES1 , ΔΤ% =0.05, Δy1%=0.08 και Δα12%=1.18. Για το DES2, ΔΤ% =0.08, Δy1%=0.2 και Δα12%=1.68. Για το IL1, ΔΤ% =0.12, Δy1%=0.11 και Δα12%=1.22 ενώ για το IL2, ΔΤ% =0.16, Δy1%=0.098 και Δα12%=1.33. Καλύτερα αποτελέσματα ελήθφησαν με τα DES1 και IL1 ενώ μικρότερη ικανότητα είχαν τα DES2 και IL2. Τέλος, οι υπολογισμένες τιμές για την ελάχιστη συγκέντρωση διαλύτη που απαιτείται επιβεβαίωσαν την τάση των τεσσάρων διαλυτών να σχηματίζουν δύο διακριτές «ομάδες», όσον αφορά την επίδρασή τους στο σύστημα αιθανόλη/νερό. Υπολογίστηκε ότι απαιτείται αρχική προσθήκη της τάξης του 5.5% για τα DES1 και IL1 και 8.6% για τα DES2 και IL2.