РАВНОВЕСИЕ ЖИДКОСТЬ-ПАР В СИСТЕМЕ МЕТИЛАЦЕТАТ – МЕТАНОЛ – ТРИФТОРМЕТАНСУЛЬФОНАТ 1-БУТИЛ-1-МЕТИЛПИРРОЛИДИНИЯ
Аннотация
Соли с объемными органическими ионами, в том числе относящиеся к ионным жидкостям, являются эффективными разделяющими агентами азеотропных смесей. В основе создания процессов разделения азеотропных смесей под действием солей – процессов экстрактивной, а в данном случае солевой ректификации, лежат, в том числе данные о фазовых равновесиях в подобных системах. Статья посвящена изучению равновесия жидкость-пар в системе метилацетат–метанол–трифторметансульфонат 1-бутил-1-метилпирролидиния при 101,3 кПа и концентрациях органической соли в мольных долях 0,08, 0,10 и 0,25. Азеотропная смесь метилацетат–метанол является побочным продуктом некоторых процессов органического синтеза. Для ее разделения методом солевой ректификации предложено использовать ионную жидкость трифторметансульфонат 1-бутил-1-метилпирролидиния. Влияние трифторметансульфоната на парожидкостное равновесие и разрушение азеотропной смеси изучено в модифицированном приборе Отмера с использованием газохроматографического метода анализа равновесного пара. Таким образом, впервые установлено, что применение трифторметансульфоната 1-бутил-1-метилпирролидиния в качестве разделяющего агента способствует разрушению азеотропной смеси метилацетат–метанол. Содержание метилацетата в паровой фазе увеличивается с ростом концентрации пирролидиниевой соли в смеси метилацетат–метанол, т.е. трифторметансульфонат 1-бутил-1-метилпирролидиния обладает высаливающим эффектом. Пирролидиниевая соль с трифторметансульфонат-анионом показала меньшую эффективность в качестве разделяющего агента по сравнению с ионной жидкостью с аналогичным катионом и дицианамид-анионом. Для описания парожидкостного равновесия использована электролитная модель Non Random Two Liquid, которая показала высокую точность расчета содержания компонентов смешанного растворителя в паровой фазе. Среднее абсолютное отклонение между расчетными и экспериментальными данными по содержанию компонентов смешанного растворителя в паровой фазе составило 0,006. Для разделения смешанного растворителя на компоненты необходима концентрация (в мольных долях) трифторметансульфоната 1-бутил-1-метилпирролидиния 0,186, которая была рассчитана с помощью модели NRTL.
Для цитирования:
Евдокимов А.Н., Курзин А.В., Таразанов А.А. Равновесие жидкость-пар в системе метилацетат – метанол – трифторметансульфонат 1-бутил-1-метилпирролидиния. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2026. Т. 69. Вып. 3. С. 16-22. DOI: 10.6060/ivkkt.20266903.7295.
Литература
Gerbaud V., Rodriguez-Donis I., Hegely L., Lang P., Denes F., You X.Q. Review of extractive distillation. Process design, operation, optimization and control. Chem. Eng. Res. Des. 2019. V. 141. P. 229-271. DOI: 10.1016/j.cherd.2018.09.020.
Pazmiño-Mayorga I., Jobson M., Kiss A.A. A systematic methodology for the synthesis of advanced reactive distillation technologies. Ind. Eng. Chem. Res. 2023. V. 62. N 14. Р. 5907-5928. DOI: 10.1021/acs.iecr.2c04540.
Graczová E., Šulgan B., Barabas S., Steltenpohl P. Methyl acetate–methanol mixture separation by extractive distillation: economic aspects. Front. Chem. Sci. Eng. 2018. V. 12. N 4. Р. 670-682. DOI: 10.1007/s11705-018-1769-9.
Mohammed F., Qasim M., Aidan A.A., Darwish N.A. Measurement and correlation of isobaric binary vapor–liquid equilibria for water and 2-propanol each with 1-butyl-1-methypyrrolidinium chloride and 1-butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethanesulfonate. J. Mol. Liq. 2018. V. 264. P. 534-542. DOI: 10.1016/j.molliq.2018.05.089.
Królikowska M., Grzeszyk K., Skonieczny M. Thermo-dynamic characterization of {1-ethyl-1-methyl-pyrrolidinium dimethylphosphate, [C1C2PYR][DMP], or 1-hydroxyethyl-1-methylpyrrolidinium dime-thylphosphate, [C1C2OHPYR] [DMP] (1) + ethanol (2)} binary systems. Fluid Phase Equilib. 2021. V. 547. P. 113175. DOI: 10.1016/j.fluid.2021.113175.
Domańska U. Physico-chemical properties and phase behaviour of pyrrolidinium-based ionic liquids. Int. J. Mol. Sci. 2010. V. 11. N 4. Р. 1825-1841. DOI: 10.3390/ijms11041825.
Vercher E., González-Alfaro V., Llopis F.J., Orchillés A.V., Miguel P.J., Martínez-Andreu A. Thermophysical properties of binary mixtures of 1-butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethanesulfonate ionic liquid with alcohols at several temperatures. J. Chem. Thermodyn. 2018. V. 118. P. 292-301. DOI: 10.1016/j.jct.2017.12.009.
Havlová M., Dohnal V. Phase equilibria, thermodynamic behavior, and transport properties of aqueous solutions of [BMPYR] trifluoromethanesulfonate and [BMPYR] tricy-anomethanide. J. Chem. Eng. Data. 2022. V. 67. N 9. Р. 2108-2127. DOI: 10.1021/acs.jced.2c00096.
Majdan-Cegincara R. Effect of 1-butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethanesulfonate on water activity of ternary aqueous ionic liquid solutions contain-ing [BMIm]Br, [BMIm]Cl, [HMIm]Br, and [HMIm]Cl, at 298.15 K. J. Chem. Thermodyn. 2022. V. 174. P. 106858. DOI: 10.1016/j.jct.2022.106858.
Moreno M., Montanino M., Carewska M., Appetecchi G.B., Jeremias S., Passerini S. Water-soluble, triflate-based, pyrrolidinium ionic liquids. Electrochim. Acta. 2013. V. 99. P. 108-116. DOI: 10.1016/j.electacta.2013.03.046.
Rawat S., Singh P.K., Jain A., Song S., Yahya M.Z.A., Savilov S.V., Diantoro M., Michalska M., Polu A.R., Singh R.C. Ionic liquid (1-butyl-1-methylpyrrolidinium trifluoromethanesulfonate) doped polyethylene polymer electrolyte for energy devices. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2024. V. 35. P. 1643. DOI: 10.1007/s10854-024-13397-4.
de Medeiros L.H.G., Alves A.A.A., Feitosa F.X., de Sant’Ana H.B. Highpressure and high-temperature den-sity data, derivative properties, and group contribution models applied for 1-methyl-3-octylimidazolium trifluo-romethanesulfonate, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium dicy-anamide, and 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ionic liquids. J. Chem. Eng. Data. 2022. V. 67. N 5. P. 1078-1088. DOI: 10.1021/acs.jced.2c00036.
Zhang S., Zhou Q., Lu X., Song Y., Wang X. Physico-chemical properties of ionic liquid mixtures. Dordrecht: Springer. 2016. P. 1122. DOI: 10.1007/978-94-017-7573-1.
Evdokimov A.N., Kurzin A.V., Feofanova M.A., Sofronova Yu.I., Franchuk V.B. Imidazolinium ionic liquid as effective separating agent for binary azeotropic systems. Russ. J. Phys. Chem. A. 2021. V. 95. N 12. P. 2499-2502. DOI: 10.1134/S0036024421120086.
Xing Y., Cui X., Xu S., Feng T., Zhang X., He J., Wang J. Isobaric vapor–liquid equilibrium for methyl acetate + methanol with double salt ionic liquid [EM-IM][Cl]0.5[DCA]0.5 as entrainer at 101.3 kPa. Fluid Phase Equilib. 2021. V. 541. P. 113086. DOI: 10.1016/j.fluid.2021.113086.
Frolkova A.V., Logachev D.S., Ososkova T.E. Separation of diethyl ether + hexane + ethyl acetate + ethanol quaternary system via extractive distillation. Chem-ChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 10. P. 59-63. DOI: 10.6060/ivkkt.20206310.6228.
Frolkova A.V., Frolkova A.K. Development of solvents alcohol mixture separation technology. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 1. P. 93-98. DOI: 10.6060/ivkkt.20236601.6770.
Sanap P.P., Mahajan Y.S. Ethyl alcohol–water separation by extractive distillation: simulation using Aspen Plus™ and experimental validation. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 3. P. 86-93. DOI: 10.6060/ivkkt.20246703.6914.
Permyakova I.A., Volkhin V.V. A logical and mathemat-ical model of the phase equilibrium modeling and its ap-plication as a technological innovation by example of the triglyceride materials transformation into fatty acid esters. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 4. P. 134-142 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246704.6943.
Dohnal V., Baránková E., Blahut A. Separation of methyl acetate + methanol azeotropic mixture using ionic liquid entrainers. Chem. Eng. J. 2014. V. 237. P. 199-208. DOI: 10.1016/j.cej.2013.10.011.
Mock B., Evans L.B., Chen C.C. Thermodynamic representation of phase equilibria of mixed-solvent electrolyte systems. AIChE J. 1986. V. 32. N 10. P. 1655-1664. DOI: 10.1002/aic.690321009.
Orchillés A.V., Miguel P.J., González-Alfaro V., Vercher E., Martínez-Andreu A. Isobaric vapor–liquid equilibria of 1-propanol + water + trifluoromethanesul-fonate-based ionic liquid ternary systems at 100 kPa. J. Chem. Eng. Data. 2011. V. 56. N 12. P. 4454-4460. DOI: 10.1021/je2003447.
Orchillés A.V., Miguel P.J., Llopis F.J., Vercher E., Martínez-Andreu A. Influence of some ionic liquids containing the trifluoromethanesulfonate anion on the vapor–liquid equilibria of the acetone + methanol system. J. Chem. Eng. Data. 2011. V. 56. N 12. P. 4430-4435. DOI: 10.1021/je200305n.
Zheng Y.-Z., Zhao R., Zhang Y.-C., Zhou Y. A FTIR and DFT combination study to reveal the mechanism of eliminating the azeotropy in ethyl propionate – n-propanol system with ionic liquid entrainer. Int. J. Mol. Sci. 2023. V. 24. N 13. P. 10597. DOI: 10.3390/ijms241310597.
