Destillation, das wichtige Verfahren der thermischen Stofftrennung zur Isolierung und Reinigung von Flüssigkeiten durch Verdampfen und anschließende Kondensation des Dampfes. Durch Wärmezufuhr wird eine Flüssigkeit zum Sieden gebracht und der entstehende Dampf in einem Kühler als Destillat kondensiert. Domain authority sich hier nur die Dampfphase bewegt, spricht man von Gleichstromdestillation. Wenn ein Teil des kondensierten Dampfes, der Rücklauf, dem aufsteigenden Dampf entgegengeführt wird und so in die Destillationsblase zurückläuft, spricht man von Gegenstromdestillation (Rektifikation).

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Zur theoretischen Behandlung der D. Ist die Kenntnis des Phasengleichgewichtes zwischen Dampf und zu trennender Flüssigkeit wichtig. Für die Partialdrücke page authority und pB zweier Komponenten (A und B) yên ổn Dampfraum gilt nach dem Raoultschen Gesetz (ideales Verhalten vorausgesetzt):

pA = PA·xA und pB = PB·xB. (1)

Dabei sind pa und PB Dampfdrücke der reinen Komponenten A bzw. B, xA und xB Molenbrüche der Komponenten A bzw. B in der flüssigen Phase.

Da für eine binäre Mischung xB = 1 – xA ist, gilt für das Verhältnis der Partialdrücke lặng Dampfraum der Komponenten A und B:

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. (2)

Nach dem Daltonschen Gesetz sind die Partialdrücke pa und pB mit dem Gesamtdruck phường über die Molenbrüche der beiden Komponenten im Dampfraum yA und yB gemäß


pA = p·yA bzw. PB = p·yB = p(1 – yA) (3)

verknüpft. Durch Einsetzen in (2) erhält man

*
. (4)

Da x und y nach Übereinkommen ohne Angabe eines Indexes stets für die leichter flüchtige Komponente verwendet werden, nimmt (4) unter Einführung der relativen Flüchtigkeit α für ein ideales Zweistoffgemisch (α = pA/pB; Verhältnis der Dampfdrücke der reinen Komponenten) folgende khung an:

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bzw.
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. (5)

Nur wenn α größer ist als 1, ist eine Trennung durch D. Möglich. Mit Hilfe von (5) läßt sich das y/x-Diagramm (Gleichgewichtsdiagramm, Abb. 1) berechnen. Ist die relative Flüchtigkeit α groß, so genügt zur Trennung eine einfache D. Diese wird im Labor in Destillationsapparaten aus Glas (Abb. 2), in der Technik in Destillationskolonnen aus Metall (Kolonne) durchgeführt.


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Destillation. Abb. 1: Gleichgewichtsdiagramm eines idealen Zweistoffgemisches und Bestimmung der theoretischen Bodenzahl.

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Destillation.

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Abb. 2: Labordestillationsapparat

Arbeitsweise. Das zu trennende Gemisch wird von einem beheizten Destillierkolben, in Destillationskolonnen von einer Blase aufgenommen. In einem Kühler (Kondensator) wird der mit der leichter flüchtigen Komponente angereicherte Dampf kondensiert, d. H. Wieder verflüssigt und in einer Vorlage als Destillat aufgefangen. Soll eine höhere Anreicherung der leichten Bestandteile des Flüssigkeitsgemisches erzielt werden, so wird die D. In mehreren Stufen durchgeführt. Die fraktionierte D. Wird angewandt, wenn mit einer einmaligen einfachen D. Nicht die nötige Reinheit erreicht wird. Verdampft man ein binäres Gemisch mit der Sumpfkonzentration xS, so erhält man einen Dampf mit der Zusammensetzung y1. Kondensiert man diesen Dampf, so erhält man eine Flüssigkeit mit der Zusammensetzung x2. Mit dieser steht wiederum ein Dampf y2 yên Gleichgewicht, dessen Kondensat einer Zusammensetzung x3 entspricht, usw. Man schreitet auf einer Stufenkurve zwischen der Gleichgewichtskurve und der 45°-Linie voran, bis die gewünschte Destillatkonzentration xD erhalten wird. Aus der Zahl dieser Stufen ergibt sich die für ein Trennproblem notwendige theoretische Bodenzahl. Es ist leicht zu erkennen, daß diese Zahl um so kleiner wird, je weiter die Gleichgewichtskurve von der 45°-Linie entfernt ist, d. H. Je größer α ist. Die Trennwirkung einer Stufe hängt davon ab, bis zu welchem Grad sich der Austauschprozeß dem genannten Gleichgewicht nähert. Die Wirksamkeit einer Destillationskolonne wird gekennzeichnet durch die Angabe der Trennstufenzahl (Bodenzahl). Der stufenweise Trennprozeß kann in einer einzigen Kolonne verwirklicht werden. Die praktische Trennstufenzahl wird dabei durch besondere Konstruktionselemente (Böden) erhöht, die eine rasche Durchmischung und eine große Berührungsfläche der Phasen ermöglichen. Die bisher gemachten Aussagen gelten nur für den Fall, daß bei der Rektifikation kein Destillat abgenommen wird und das gesamte Kondensat wieder durch die Trennsäule zurückfließt (totaler Rücklauf). Da unter praktischen Verhältnissen dieses Gleichgewicht ständig gestört wird, indem ein Teil des Kondensates als Destillat aus dem Prozeß herausgenommen wird und nur der verbleibende Teil des Kondensates als Rücklauf in die Kolonne zurückfließt, ergibt sich folgende Stoffbilanz:

Gesamtmenge verdampfter Flüssigkeit (G) = Rücklauf (R) + Destillat (D). (6)

Multipliziert man mit den entsprechenden Konzentrationsfaktoren y = Konzentration des Dampfes, x = Konzentration der Flüssigkeit und xD = Konzentration des Destillats, so erhält man durch Einsetzen in (6) und Umformung

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. (7)

Durch weitere Umformung und Einführung des Rücklaufverhältnisses ν = R/D wird eine Geradengleichung (8) erhalten mit der Steigung ν/(1 + ν) und dem Ordinatenabschnitt xD(1 + ν):