Reaktivextraktion – Ein Statusbericht zur Simulation gerührter Kolonnen

Bei der Reaktivextraktion ermöglichen flüssige Ionenaustauscher die selektive Abtrennung ionischer bzw. auch neutraler Substanzen, beispielsweise Metallionen oder Säuren. Bei der Anwendung der Reaktivextraktion in Gegenstromextraktionen müssen zur Auslegung drei wesentliche Punkte bekannt sein. Basis ist die Kenntnis des thermodynamischen Gleichgewichtszustands. Eine entsprechende Modellierung der Dissoziationen in der oft elektrolythaltigen, wässrigen Phase bzw. der organischen Extraktionskomplexe mittels Gibbs′schen Ansätzen wird am Beispiel der Extraktion von Zink bzw. organischer Säuren diskutiert. Im nächsten Schritt muss ein geeigneter Stoffaustauschansatz gewählt werden, wobei im Vergleich zur physikalischen Extraktion noch zusätzlich die chemische Reaktion an der Phasengrenzfläche berücksichtigt werden muss. Das mikrokinetische Reaktionsregime kann dabei in eine Stoffaustauschzelle mit planarer Grenzfläche ermittelt werden, und das dominierende makrokinetische Regime am sphärischen Tropfen wird in einem Venturi‐Rohr mit Originalflüssigkeiten bestimmt. Der einfachste Ansatz, um näherungsweise ein Kolonnenprofil zu simulieren, ist das Pfropfenströmungsmodell. Der Stand der Technik hierzu sind einparametrige Modelle wie das Dispersions‐ oder das Backmixing‐Modell. Der Einsatz physikalisch besser fundierter Modelle wie die Tropfenpopulationsmodellierung und der erforderliche Aufwand zur Gewinnung der Modellparameter werden dargestellt. Das Potential von CFD‐Methoden zum besseren Verständnis der lokalen Zweiphasenströmung wird ebenfalls diskutiert.