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Schematischer Überblick über einen Laboraufbau zur Destillation:
1: Hitzequelle
2: Flasche mit zu destillierender Mischung
3: Verbindungsstück mit Vigreux
4:Thermometer
5:Liebigkühler
6: Kühlwasserversorgung
7: Kühlwasserablauf
8: Destillationsflasche, Kondensatsammlung
9: Öffnung für Gaszufuhr oder Absaugen
10: Schleifstück/Gelenkstück, das das Kondensat sammelt
11:Thermostat
12: Rührer-Geschwindigkeitssteuerung
13: Magnetrührer/Heizung
14:heißes Wasser- oder Ölbad
15: Möglicherweise magnetisch Rührer, Glasperlen oder Kochstein
16: Optionales Kühlbad

Destillation ist eine Technik, um zwei oder mehr Stoffe in einer Lösung durch Verdampfen zu trennen, basierend auf dem Unterschied in verschil Siedepunkt dieser Stoffe. Gemische aus zwei oder mehr Flüssigkeiten können nur dann destillativ getrennt werden, wenn die Siedepunkte der verschiedenen Flüssigkeiten weit auseinander liegen. Ist dies nicht der Fall, kommt kein Reinstoff aus dem Kühler, sondern ein Gemisch.Das Wörterbuch hat die Schreibweise "destillieren" sowie "destillieren". Bei der Herstellung alkoholischer Getränke ist es üblich, von Destillation zu sprechen, aber beide Begriffe sind richtig; Desweiteren: Brennerei und destilliertes Getränk. Bei der Destillation geht es eher um die Volatilität der flüssigen Stoffe.

Wenn zwei Flüssigkeiten gemischt werden, wenn die Mischung leicht gekocht wird, verdampfen normalerweise die beiden Substanzen mit dem niedrigsten Siedepunkt etwas mehr als die anderen. In der Dampfphase ist ein höherer Fraktion dieses niedrigsiedenden Stoffes ist vorhanden als in der ursprünglichen Mischung, und ein höherer Anteil des hochsiedenden Stoffes ist in der verbleibenden Flüssigkeit vorhanden. Durch Abführen des Dampfes und Kondensieren in einem anderen Gefäß kann eine Trennung zwischen den beiden Verbindungen erfolgen.

Wenn man schrittweise destilliert, spricht man von Berichtigung. Mit der Rektifikation ist es auch möglich, mehrere Komponenten aus einem Gemisch abzutrennen, dies wird zu Fraktionierung erwähnt.

Geschichte

Die Erfindung der Destillation, anonym, Museum Plantin-Moretus

Die Geschichte der Destillation reicht bis in die Antike zurück, wo sie in den Labors der Alchemisten im Alexandria, während der ersten Jahrhunderte n. Chr. Auch die Geschichte vom Brandopfer des Propheten Elijah (9. Jahrhundert v. Chr.) deutet stark darauf hin, dass ein Destillat verwendet wurde, um es anzuzünden, obwohl es nicht als solches erwähnt wird. Ab dem 13. Jahrhundert wurde die Technik hauptsächlich bei der Herstellung von Alkohol und alkoholischen Getränken verwendet. Erst Ende des 18. Jahrhunderts begann man mit der wissenschaftlichen Untersuchung des Verfahrens. Eine Effizienzsteigerung erreichte Magelhaens (1780) durch Anlegen eines GegenstromsWärmetauscherVerfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationswärme in den Feedstrom zurückgeführt wurde. Dieses Prinzip wurde von Weigel bei der Herstellung von Industriealkohol angewendet.

1771 im Labormaßstab, a Kondensator angewendet von Weigel, der 1830 von Justus von Liebig wurde in Glas ausgeführt. Verbesserungen an der Aräometer im frühen 19. Jahrhundert, wie die Alkoholmessgerät von Gay-Lussac und das Aräometer von Antoine Baume, ermöglichte es, den Prozessfortschritt objektiv zu verfolgen.

Ungefähr zu dieser Zeit unter der Herrschaft von Napoleon Bonaparte, Alkohol wurde in relativ großem Umfang freigesetzt Kartoffeln hergestellt und der daraus hergestellte Industriealkohol zur Herstellung eines Ersatzstoffes wiederverwendet Rohrzucker. Von diesen, wegen der Kontinentales SystemSchließlich ist die Versorgung unterbrochen.

Hiermit war Fraktionierung notwendig: sowohl das Wasser als auch die schwereren Komponenten sowie Fuselöl, musste getrennt werden. So entwarf der Franzose J.B. Cellier Blumenthal 1813 der Erste the Rektifikationskolonne. Dies war der Vorläufer der Rektifikationskolonnen im heutigen Erdölraffinerien.

Neben der Alkoholherstellung war es die Zuckerraffination, die die Destillationsverfahren zu verstehen und zu verbessern suchte. Hier mussten große Mengen Wasser aus dem Melasse verdampft, und es wurde nach Mitteln zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs gesucht. Die Amerikaner Norbert Rillieux patentiertes Prinzip von 1843 Blitzverdampfung, wodurch eine Flüssigkeit in mehreren Schritten bei immer niedrigeren Drücken mit einem viel geringeren Kraftstoffverbrauch verdampft werden kann, da die Verdampfungswärme mehrfach zurückgewonnen wird.

In Deutschland, wo die Industrie der synthetischen Farbstoffe auf der Destillation von Kohlenteer, in der 2. Hälfte des 19. Jahrhunderts boomte, wurden neue Varianten der Rektifikationskolonnen entwickelt. Da die Destillation von Steinkohlenteer viele Ähnlichkeiten mit der von Erdöl aufwies, wurden die allerersten Erdölraffinerien mit der zuvor entwickelten Ausrüstung ausgestattet.

Kesseldestillation

Bis zum Ende des neunzehnten Jahrhunderts Kesseldestillation die einzige verfügbare Technik. Ein Gemisch wird mit Hilfe eines Destillationsgefäßes in zwei Teile getrennt. Die Technik wird auch heute noch bei der Herstellung bestimmter Spirituosen verwendet. Die Ungenauigkeit bei der Kesseldestillation wird in diesen Fällen als förderlich für einen reichen Geschmack angesehen.

Fraktionierte Destillation

Destillationsturm

Für viele Anwendungen reicht die Trennung nicht aus, wenn eine einfache Destillation durchgeführt wird. Dies liegt daran, dass die Siedepunkte der konstituierenden (flüssigen) Stoffe in einer Lösung sich von denen der reinen Stoffe unterscheiden.Im folgenden Beispiel wird angenommen, dass sich die betreffende Lösung wie folgt verhält: ideale Lösung verhält sich: die Stoffe (Pentan und Oktan) Wechselwirkungen miteinander haben, aber diese sind im Grunde alle gleich; die chemischen Eigenschaften der Flüssigkeiten werden nicht berücksichtigt.

Wenn beispielsweise eine ideale Lösung zweier idealer Flüssigkeiten (25% Pentan und 75% Heptan) in reinem Zustand mit einem Siedepunkt von 36 °C bzw. 98 °C entnommen wird, liegt der Siedepunkt von Pentan in der Mischung über dem normalen Siedepunkt von 36 °C. Die molekulare Erklärung für diese Temperaturabhängigkeit der Zusammensetzung der Mischung kann auf zwei Arten beschrieben werden.

Beschreibende Erklärung

Wenn Pentan kocht, ist sein Dampfdruck gleich dem Luftdruck. Der Dampfdruck ergibt sich aus der Anzahl der Pentanmoleküle in der Dampfphase. Diese Zahl wird bestimmt durch:

1. die Anzahl der Pentanmoleküle, die es schaffen, aus der Flüssigkeit in den Dampf zu entweichen. Diese Zahl wird durch die Temperatur der Flüssigkeit und die Anzahl der auf der Flüssigkeitsoberfläche vorhandenen Pentanmoleküle bestimmt. Wenn die Flüssigkeit reines Pentan ist, gibt es nur Pentanmoleküle und viele können in die Dampfphase übergehen. In einer Mischung ist nur ein Teil der Flecken auf der Flüssigkeitsoberfläche mit Pentan besetzt. Dies bedeutet, dass Pentan weniger wahrscheinlich in die Dampfphase gelangt. Tatsächlich kommt es darauf an, wie viele Partikel auf der Flüssigkeitsoberfläche Pentan sind. Wenn nur die Hälfte Pentan ist, beträgt der Dampfdruck bei dieser Temperatur auch nur etwa die Hälfte des von reinem Pentan.
2. die Anzahl der Moleküle, die aus der Dampfphase in die Flüssigkeit zurückkehren. Diese Zahl hängt nur von der Anzahl der Pentanmoleküle in der Dampfphase ab.

Im Gleichgewicht laufen beide Prozesse gleich schnell ab. Die Anzahl der Pentanmoleküle in der Dampfphase wird hauptsächlich durch Schritt 1 bestimmt. Eine langsamere Verdampfung ergibt weniger Pentan in der Dampfphase, so dass der Dampfdruck von Pentan niedriger ist und die Substanz bei 36° . noch nicht siedet C. Erst bei einer höheren Temperatur entweicht Pentan schnell genug, um den Dampfdruck dem Luftdruck anzugleichen und die Flüssigkeit beginnt zu sieden.

Für Heptan gilt:

1. Im reiner Zustand Heptan verdampft nur am Siedepunkt (98°C) gut genug: Es können schnell genug Heptanpartikel in die Dampfphase gelangen, um den nötigen Druck aufzubauen. Aber eine Flüssigkeit muss zum Verdampfen nicht ihre Siedetemperatur haben (Wachs trocknet - Wasser verdunstet - bei 20°C fein). In einer Mischung mit Pentan ist die Flüssigkeitsoberfläche jedoch durch die Dampfblasen des bereits siedenden Pentans viel größer. Heptan verdampft - ein wenig - in diesen Blasen und wird vom Pentan in der Dampfphase mitgenommen.
2. Rückkehr aus der Dampfphase der Heptanmoleküle hängt hauptsächlich von der Heptanmenge in der Dampfphase ab.

In einer Mischung gibt Heptan daher auch bei einer niedrigeren Temperatur als seiner Siedetemperatur viel Dampf ab.

Thermodynamische Aussage

Der abweichende Siedepunkt der Mischung gegenüber der reinen Komponente ist auf eine Erhöhung des Entropie (Unordnungsgrad) gegenüber den Flüssigkeiten im reinen Zustand (Pentan und Heptan) und damit eine thermodynamische Eigenschaft (siehe freie Energie). Mit anderen Worten: die Dampfdruck oben nimmt die Mischung ab und die Siedepunkt wenn sich Pentan in einer Heptanumgebung befindet. Dieses Prinzip wird bei der fraktionierten Destillation angewendet: Die Abhängigkeit des Siedepunktes eines zu isolierenden Stoffes vom Verhältnis im Gemisch ermöglicht es, (nahezu) reine Komponenten zu erhalten.

Angenommen, diese Mischung wird mit a . hergestellt Destillationskolonne getrennt wird, dann wird zu Beginn der Destillation mit 25 % Pentan (a2) und 75 % Heptan in Lösung die Dampfzusammensetzung in der Kolonne bei Temperatur (t2) aus 50 % Staubpentan (a2') und 50 % aus Staub Heptan. Dies hat zur Folge, dass der Siedepunkt des Gemisches in der Kolonne sinkt (Erhöhung von Pentan), wenn der Dampf (50 % / 50 %) in der Kolonne kondensiert wird, z. zum Beispiel a Vigreux-SpalteDabei ist zu berücksichtigen, dass die Temperatur des Gemisches mit steigendem Gemisch (Dampf/Flüssigkeit) aufgrund der veränderten Dampfzusammensetzung in der Kolonne sinkt. Dadurch kann das (flüchtige) Pentan bei einer immer niedrigeren Temperatur (t3*) verdampfen, im Gegensatz zu Heptan (50%), wo die Entropie tatsächlich zunimmt. Die Zusammensetzung des Dampfes (a3') besteht nun aus 75 % Pentan und 25 % Staubheptan. Durch Wiederholung dieses Vorgangs erhält man am Kopf der Kolonne schließlich fast reines Pentan, das mit a . kondensiert werden kann schöner kühler. Heptan wird zunehmen, wenn es in der Säule steigt und die Molenbruch sinkt, nicht mehr richtig verdunsten können, so dass es nach Kondensation wieder zurückfließt.

Bei der kontinuierlichen Destillation, wie sie bei der Raffination von Petroleum, werden die verschiedenen Fraktionen in unterschiedlichen Höhen aus der Kolonne abgezogen. Dabei geht es in erster Linie nicht um eine vollständige Trennung, sondern um die Herstellung von Mischungen mit spezifischen Anwendungsgebieten, wie z Benzin, Kerosin, Heizöl und derartige.

Kochbahn

sehen Wasserdampfdestillation für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Bei einer Batch-Destillation behält die Mischung nicht den gleichen Siedepunkt. Die Mischung wird eine sogenannte Kochbahn zeigen: Die Temperatur steigt, je mehr Leichtsieder abdestilliert werden. Aufgrund der steigenden Temperatur wird die Reinheit des Dampfes am Kopf der Destillationskolonne immer geringer.

Wenn der Zweck der Destillation darin besteht, Komponente Um möglichst reines Material zu erhalten, ist es ratsam, die Destillation frühzeitig abzubrechen. Will man jedoch den Hochsieder rein halten, muss die Destillation länger durchgeführt werden. Du kannst mehrere haben Destillationsfraktionen Herstellen durch getrenntes Sammeln des in verschiedenen Phasen gebildeten Kondensats; jede Fraktion hat dann ihre eigene Reinheit. Ein Teil der Fraktion kann auch in die Kolonne zurückgeführt (=Rücklauf) und dort wieder aufgetrennt werden, wodurch ein noch konzentrierteres Endprodukt entsteht.

Dies geschieht zum Beispiel mit dem Öl-Raffination: die raue Petroleum, das ist eine Mischung aus vielen verschiedenen Kohlenwasserstoffe, wird durch kontinuierliche Destillation destilliert. Destillationsfraktionen werden bei unterschiedlichen Temperaturen gesammelt, für unterschiedliche Zwecke verwendet und unter unterschiedlichen Namen verkauft: zum Beispiel gibt es Kerosin und Heizöl.

Azeotrop

sehen Azeotrop für den Hauptartikel zu diesem Thema.

Schematische Darstellung der Wirkung wiederholter Destillation in Gegenwart eines Azeotops im Phasendiagramm. Eine Reinigung über die azeotrope Zusammensetzung hinaus ist nicht möglich

Einige Mischungen zeigen keinen Siedebereich. Beim Kochen hat die Dampfphase genau das gleiche Verhältnis wie die flüssige Phase. Diese Mischungen, die Azeotrope destillativ nicht trennbar.

Ein bekanntes Azeotrop ist eine Mischung aus 97 Vol-% Ethanol und 3 Vol-% Wasser (95,5 Masse-%).

Ein Azeotrop hat, wenn Folge der Gesetze der Thermodynamik, immer einen Siedepunkt, der entweder höher als der höhere der beiden Siedepunkte der Komponenten oder niedriger als der niedrigere der beiden Siedepunkte der Komponenten ist. Letzteres ist beim Alkohol/Wasser-Azeotrop der Fall.

Anwendungen

Einige Anwendungen der Destillation sind Alkohol, Erdöl, Wasser und water lpg.

Alkohol

Die wohl älteste Anwendung der Destillationstechnik ist die Gewinnung stark alkoholischer Getränke. Die Destillation wird in diesem Fall allgemein als "Brennen" bezeichnet. Auf diese Weise zum Beispiel Cognac, Gin, Wodka oder Whiskey produziert. Selbst zu Hause Alkohol zu destillieren ist in fast jedem Land gesetzlich verboten, weil der Staat dann Verbrauchsteuer verpasst. In den Niederlanden ist der Besitz von Destillierapparaten mit einem Fassungsvermögen von mehr als 1 Liter verboten. Es ist erlaubt, mit einer kleinen Destillationsanlage Alkohol aus einer gekauften Spirituosenflasche abzutrennen. Daraus kann dann beispielsweise Likör hergestellt werden.

Bei der Fermentation von Früchten werden Ethanol und Methanol freigesetzt. Methanol wird gebildet durch die Pektin aus der Frucht, ist giftig und kann in großen Mengen zu Nervenschäden und im Extremfall zum Tod führen. Dies liegt daran, dass sich das Methanol im Körper in convert umwandelt Ameisensäure. In allen Arten von alkoholischen Fruchtgetränken (zB Rotwein) findet man Methanol, jedoch in geringen Mengen. Die Höchstmenge, die die Getränke enthalten dürfen, ist gesetzlich festgelegt.

Petroleum

Beim Destillieren Petroleum Brüche mit verschiedenen Kochrouten, die jeweils eine andere Verwendung haben:

Wasser

Beim Destillieren Wasser sehr reines Wasser ohne Verunreinigungen erhalten werden. Dies kann zum Beispiel dienen in serve Bügeleisen oder in Heizkörper von Autos oder in Batterien, wo es daher keinen Kalk ablagert.

Flüssiggas

Mit Hilfe von lpg, wirkt die Gasflasche im Wesentlichen als Destillationskolonne. LPG ist eine Mischung aus Propan und Butan. Der Siedepunkt von Propan liegt bei -42 °C und der Siedepunkt von Butan knapp unter 0 °C, beides bei Atmosphärendruck (die Siedepunkte sind in der Gasflasche höher, da der Druck höher ist). Beim Öffnen der Flasche beginnt der Inhalt zu kochen und zunächst kommt ein Gasgemisch mit viel Propan und wenig Butan heraus. Wenn die Flasche leer wird, steigt der Butan-Prozentsatz. Wird die Flasche bei Außentemperaturen unter 0°C verwendet, tritt irgendwann kein Gas mehr aus, da nur noch flüssiges Butan darin verbleibt.

Wissenswertes

• Das Vergleich von Antoine wird häufig bei der Berechnung von Flüssigkeits-Dampf-Gleichgewichten beispielsweise bei der Destillation verwendet.

Siehe auch

• Destillation von Luft
• Extraktive Destillation
• Reaktive Destillation
• Wasserdampfdestillation
• Vakuumdestillation

Externer Link

• Online-Diktat zu Trennmethoden in der Chemie
• Hintergrundinfos zur Destillation
• Homedistiller, Wikipedia-Version

Siehe die Kategorie Destillation von Wikimedia Commons für Mediendateien zu diesem Thema.