Eindampfen unter vermindertem Druck

Fragen zur allgemeinen Chemie; alles, was in keine andere Kategorie passt.

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mgritsch
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von mgritsch »

dihydrogenmonooxid hat geschrieben:
Dienstag 23. Juni 2020, 08:32
Ich habe es so verstanden, dass man bei exakt 40°C arbeiten soll. Wenn es +- 10°C Spielraum gibt, macht deine Variante das Vakuum zuerst einzustellen natürlich mehr Sinn.
das ist in solchen Vorschriften seltenst der Fall. IdR geht es nur um eine gewisse Höchsttemperatur die man nicht überschreiten soll um ein empfindliches Produkt nicht zu zerstören.

So oder so ist es eine (Vorsichts-)Grundregel IMMER zuerst das Vakuum anzulegen, so wie Glaskocher das gut erklärt hat. Hauptgrund sind die Siedeverzüge. Sollten die 40° erforderlich sein, sollte man mit einem einschlägigen (elektron.) Druckregler arbeiten. Wenn du das von Hand auf "am Sieden halten" einstellst, wird dir mit großer Wahrscheinlichkeit die Temperatur je nach Heizleistung davondriften. In dem Moment wo das Sieden beginnt, ziehst du ja über den Dampf sehr viel Wärmemenge aus dem System...
Stimmt, es sei denn man hat ein sehr feines Ventil parat, das den Druck so langsam absenken kann, wie man die Temperatur auf der anderen Seite erhöhen könnte.

Geht natürlich grundsätzlich, ist aber ein sehr frickeliges Spiel das sich ganz einfach vermeiden lässt :)

Glaskocher
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von Glaskocher »

Mit einem Ventil, egal wie fein regulierbar, zwischen Vakuumpumpe und Apparatur kann man das Vakuum nicht auf einen bestimmten Druck einstellen. Das Ventil vermindert den Gasstrom zur Pumpe, jedoch limitiert es nicht den Enddruck. Um bei einer Wasserstrahlpumpe ein Teilvakuum zu regulieren braucht man ein regulierbares Leck. Man läßt zwischen der Apparatur und der Pumpe eine gewisse Menge Luft bewußt einsaugen, um das abgeschöpfte Gasvolumen immer wieder zu ersetzen. Zur Apparatur rechne ich, soweit vorhanden, auch die Kühlfallen.

Wenn es darum geht, die Lösung bei 40°C einzuengen, dann ist es schlimmer mit höherer Temperatur zu arbeiten als mit zu Geringer. In vielen Publikationen (fast allen) wird grundsätzlich die Badtemperatur angegeben. Das kann zu deutlichen Unterschieden in der Innentemperatur bei geänderter Ansatzgröße führen. Wenn jetzt das Vakuum eine Verdampfungstemperatur von z.B. 30°C zuläßt, dann ist das besser, als über 40°C hinaus bei schlechterem Vakuum arbeiten zu müssen.

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lemmi
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von lemmi »

Ich habe jetzt meine erste Erfahrung mit Destillation unter vermindertem Druck gemacht und dabei eine Überraschung erlebt .

Ich habe 400 ml einer alkoholischen Lösung (85% Ethanol) am Wasserstrahlpumpen-Vakuum bei 40 °C (Badtemperatur) auf 20 ml eingeengt. Wie glaskocher es vorgeschlagen hat, habe ich die Kühlung über ein Hebersystem betrieben. Das Einengen hat hervorragend funktioniert. Allerdings habe ich nur ganze 43 ml Destillat aufgefangen! Ich gehe mal davon aus, dass der gesamte Rest als Dampf abgesaugt wurde und nicht kondensiert ist.

Nun ist das bei Ethanol ja nicht schlimm. Bei Wasser auch nicht. Ich habe aber vor, auch eine methanolisch-salzsaure Lösung im Vakuum einzuengen. Kann ich das Destillat einfach über das Pumpenwasser im Abwasser verschwinden lassen, oder muss ich mir Sorgen machen dass davon größere Mengen in die Raumluft gelangen?
Um das Methanol zur Kondensation zu bringen müsste ich wahrscheinlich mit Eiswasser kühlen. Oder einen anderen Kühler verwenden?
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Glaskocher
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von Glaskocher »

Auch Methanol-HCl werden vollständig vom Pumpenwasser absorbiert. HCl ist in Wasser sehr gut löslich.

Der beobachtete "Dampfverlust" kommt immer dann vor, wenn der Druck so niedrig ist, daß die Kondensation unvolldtändig abläuft. Bei zu geringer Temperaturdifferenz zwischen Dampf und Kühlwasser hat man einfach zu wenig Wärme entzogen, bevor der Dampf durch den Kühler durch ist. Soetwas ist mir auch schon öfter am Rotationsverdampfer passiert, allerdings hatte ich dann entweder vor der Membranpumpe eine M2-Kühlfalle oder dahinter einen Nachkühler, der den Rest aufgehalten hat.

Miß mal "der Neugierde halber" die Dichte im Kondensat. Ich vermute, daß da der Wasseranteil höher ist, als in der Ausgangslösung, weil zuerst mehr Ethanol verloren gegangen ist als später anteilig Wasser.

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mgritsch
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von mgritsch »

Wie meinst du das, Kühlung über ein Hebersystem? Den Hinweis bzw den Grund dafür kann ich nicht finden?

Ich finde das nicht weiter erstaunlich - man beachte die Dampfdruckkurven von Wasser (bestimmend für den Enddruck der Wasserstrahlpumpe) Methanol und Ethanol:
2020-06-29 10_10_32-Clipboard.png
Der Siedepunkt von EtOH liegt in dem Bereich um ca 15 °C unter dem von Wasser.
Wenn dein Leitungswasser 20 °C hat, müsstest du den Alkohol also unter 5 °C kühlen damit er überhaupt kondensieren kann. Praktisch müsste man da schon mindestens mit Eis/Salz-Mischung arbeiten. Würdest du nur mit Eis arbeiten (gerade mal 5 °C Temperaturdifferenz im besten Fall...) - wie viel denkst du würde bei einer Wasser-Destillation bei Normaldruck von einem 95 °C warmem Kühler zurückgehalten? :) Bedenke, Glas ist kein guter Wärmeleiter, alleine wie schlecht bei so einem geringen ΔT Wärme abgeführt werden kann. Und je nachdem wie lange deine Destillation dauert geht da auch einiges was schon kondensiert wurde wieder weg (Wie gut war die Vorlage gekühlt?). Vermutlich hast du relativ viel Wasser in dem übrig gebliebenen Destillat.

Mit Methanol setzt sich das Bild konsequent fort - bei dem Druck den die Pumpe bei 20 °C Betriebswassertemperatur erreicht (ca 23 mbar) müsstest du die Kühlfalle bei < -8 °C haben damit MeOH kondensieren kann. Das geht gut mit einem Kühlaggregat + Wasser/Glykol (siehe Autokühler...) Praktisch würde man da schon eher zu Trockeneis/Ethanol oder Aceton greifen wenn man es wirklich auffangen will.

Bei all den genannten Stoffen würde ich mir keine Gedanken machen wegen der Emission.
Alle sind biologisch gut und rasch abbaubar, in den entsprechenden Menge harmlos und werden mit den großen Mengen Wasser die so eine Pumpe schluckt (ermittle mal wie viele Liter pro Minute da durch gehen!) gut gelöst und verdünnt. Sind sie erst mal verdünnt, gasen sie auch praktisch nicht mehr aus. Oder hast du Befürchtungen wenn du neben einem offenen Becherglas mit verd. Salzsäure odgl stehst? :)

Die andere Alternative ist eine Membranpumpe mit geregeltem Vakuum, dann kannst du einen entsprechend höheren Druck einstellen bei dem gewöhnliche Wasserkühlung reicht.

Glaskocher
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von Glaskocher »

Im Labor verwende ich oft ein geschlossenes System zum Umkondensieren von Lösemitteln. Das setzt voraus, daß ich die Kühlfalle (einzige Kondensationsmöglichkeit) wesentlich unter die Verdampfertemperatur senken kann (CO2s oder LN2). Dabei "fülle" ich die Apparatur zu Beginn mit Vakuum und im Verlauf sorgt die Kondensation dafür, daß immer wieder "Platz" ist für neuen Dampf. Manchmal muß ich zwischendurch noch einmal Vakuum "nachfüllen", wenn letzte Gasreste in die Falle gespült wurden. Das könnte beim Methanol eine Alternative sein, wenn das Lösemittel aufgefangen werden soll.

Aus dem normalen Glassatz kann man mit Rundkolben, Dasableitung, Schlauch Kühlfalle (oder Waschflaschen), Schlauch und einer Schleuchklemme vor der Wasserstrahlpumpe eine ähnliche Apparatur bauen. Der Druck innerhalb der Apparatur bleibt auf den Dampfdruck der verdampfenden Lösung limitiert, da je (nahezu) kein Gas mehr drin ist. Mit kleinen Anpassungen (Seithähne für Schutzgas) kann man so auch unter Inertbedingungen arbeiten.

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mgritsch
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von mgritsch »

rein praktisch sind Schliffe halt (bei laborüblichen Apparaturen die nicht genau dafür spezialisiert sind...) nicht super dicht und es leckt Luft hinein, damit ist Gesamtdruck = Luftdruck + Dampfdruck, der Druck steigt langsam, damit der Siedepunkt... solange bis man wieder "Vakuum nachfüllt" - dann gibts den erwähnten Siedeverzug. Praktisch arbeitet man daher wohl immer mit ständigem saugen.

Glaskocher
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von Glaskocher »

Ein ordentlich gefetteter Schliff ist dicht. Der hält auch über Jahre dicht, solange das richtige Schlifffett verwendet wird. Man kann im Schliffkolben (mit Seithahn und Stopfen) luftempfindliche Substanzen über Jahre ohne nennenswerte Verluste lagern. Das Limit ist dann die Diffusion im Fettspalt, die auf Basis der Löslichkeit im Fett stattfindet.

Ich spreche hier von handelsüblichen, mittellangen Normschliffen NS29 und NS14,5 ohne spezielles Einschleifen, das die Teile allerdings zu Unikaten werden läßt. Dieses Einschleifen ist nur bei Apparaturen sinnvoll, die selten gereinigt, aber dafür täglich im Gebrauch sind (Schlenkline). Bei uns im Labor werden eingeschliffene Hähne grundsätzlich nummeriert, um Verwechslungen auszuschließen, wegen der individuellen Paßform.

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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von CD-ROM-LAUFWERK »

Ich habe es auch immer wie Glaskocher gemacht: Vakuum anlegen. Warten, bis die Destillation beginnt und dann den durch den verdrängten Gasraum erhöhten Druck wieder leicht absenken (bzw. vorher schon weiter runter). Dann wird die Destille sich selbst überlassen. Verluste sind nicht möglich, Pumpe bleibt sauber. Undichte Schliffe (Blasen blubbern rein o.ä.) müssen natürlich abgedichtet werden. Sei es mit Fett (schwer zu lösen hinterher) oder mit einem dieser dünnen PTFE-Ringe, die man "zerreibt", bis die Kontaktfläche glasig durchscheint und damit dicht ist.
Pausenlos die Pumpe laufen lassen und mit einem Gasballast das Vakuum einstellen... und dabei eine völlig unbekannte Menge mit wegsaugen... habe ich genau 1x gemacht. Danach habe ich es schon wegen dem Lärm der Pumpe und der Energieverschwendung unterlassen.

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mgritsch
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von mgritsch »

jo... fett habe ich bald unterlassen. die sauerei ist es mir nicht wert und es kriecht immer etwas herum.
Das mit den Teflondichtungen klingt gut, wo bekommt man das?

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lemmi
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von lemmi »

Ich habe meine Wasserstrahlpumpe kontinuierlich laufen lassen. Die Destillation hat auch so schon lange genug gedauert.

Welches Ist denn das “richtige“ Schliff-Fett? Ich habe bisher einfach Vaseline genommen... :oops:
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lemmi
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von lemmi »

Glaskocher hat geschrieben:
Montag 29. Juni 2020, 10:26
Miß mal "der Neugierde halber" die Dichte im Kondensat. Ich vermute, daß da der Wasseranteil höher ist, als in der Ausgangslösung, weil zuerst mehr Ethanol verloren gegangen ist als später anteilig Wasser.
Sowas habe ich auch vermutet und tatsächlich die Dichte bestimmt. Ergebnis: 68 % Ethanol im Kondensat bei einer Ausgangskonzentration von 85% ...
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CD-ROM-LAUFWERK
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Re: Eindampfen unter vermindertem Druck

Beitrag von CD-ROM-LAUFWERK »

mgritsch hat geschrieben:
Montag 29. Juni 2020, 20:28
Das mit den Teflondichtungen klingt gut, wo bekommt man das?
Was ich meine: PTFE Dichtringe für Kegelschliffe
Was vermutlich auch okay ist, aber teurer und ich hatte auch schon negative Erfahrungen mit geplatzten Schliffen:
Dünne PFTE Hülsen
Dicke PTFE Hülsen

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