Vakuumdestillation Druck berechnen??

[Chemiefragen25]

Hallo Leute,
Ich hätte eine Frage zur Vakuumdestillation.
Wie berechne ich mir den Druck wenn ich den Siedepunkt verschiebe ?
Normaldruck ist 760 Torr.
Beispiel Ether hat einen Siedepunkt bei 35,4 Celsius 760 Torr.
Siedepunkt soll auf 25 Celsius verschoben werden für die Destillation.
Somit wäre für mich logisch.
25 C x 760 Torr : 35,4 = 536,72 Torr.
Stimmt diese Berechnung oder muss ich etwas anderes berücksichtigen ?
Danke für Antworten !

[mgritsch]

uff, nö, ganz daneben bei welchem Druck hättest du dann zB einen Siedepunkt von -10°C?

So geht das:
https://de.wikipedia.org/wiki/Antoine-Gleichung

[Glaskocher]

Ich habe die exakte Formel nicht im Kopf...
Aber die molare Verdampfungsenthalpie spielt dabei eine zentrale Rolle. Das ist mehr als der einfache Dreisatz. Man braucht dazu die Clausius-Clapeyron-Gleichung.

[aliquis]

Gutes Beispiel dafür, dass man fürs Verstehen und Beherrschen der Chemie nicht selten mindestens genauso viel Wissen/Können in Mathe und Physik wie in Chemie selbst benötigt...
Falsche Berechnung falsches Ergebnis - und ggf. Scherben...

[Xyrofl]

Ob man es mit einer Näherungsformel macht oder mit Tabellenwerten, ist egal, das kann man machen, wie es gerade passt. Tabellen haben den Vorteil, dass man sich nicht verrechnen kann. Aber man muss sich auf jeden Fall klar machen, dass es ohne zusätzliche Parameter nicht geht, d.h. man muss recherchieren oder selbst nachmessen. Mit nur dem Normaldruck-Siedepunkt werden weder Antoine, noch Clausius-Clapeyron etwas ausrichten können.
Ein Stoff siedet wenn sein Dampfdruck den Umgebungsdruck überschreitet, d.h. man muss eine Formel, Grafik oder Tabelle haben, die jeder Temperatur einen Dampfdruck zuweist und dann muss man den Umgebungsdruck mit der Vakuumpumpe auf den entsprechenden Druck einregeln (für die Praxis: Druckverlust der Anlage berücksichtigen, denn was ein Manometer an der Pumpe misst ist nicht was die verdampfende Flüssigkeit sieht, sofern Einbauten wie Kolonnen oder Verengungen im Weg sind, die durch Druck überwunden werden müssen).

Als ganz grobe Näherung kann man sagen eine Halbierung des Drucks senkt die Siedepunkt um rund 15-20°C. Es gibt auch Tools im Internet, die mit ähnlich groben Methoden etwas zurechtknobeln und die haben wir im Organik-Praktikum meistens genommen, auch wenn es nur grobe Richtwerte waren.

[Glaskocher]

Diese "Schätzhilfen" reichen im Allgemeinen auch aus. Damit kann man erkennen, ob der Siedepunkt des zu destillierenden Stoffes mit den zur Verfügung stehenden Mitteln realisierbar ist. Dann muß man überlegen, ob Heizmöglichkeit, Zersetzung, Kühlung und Druckregelung im Bereich des vorhergesagten Siedepunktes machbar sind, oder wie man an irgendeiner Stelle "nachlegen" kann.

Wenn man derartige Umrechnungen öfter machen muß, dann empfehle ich, mit einer Tabellenkalkulation einmalig die Rechenoperationen aufzubauen und die Zahlenwerte kopierfähig zu hinterlegen. Mit den gespeicherten Werten von T1, P1, T2, P2 und molarer Vardampfungsenthalpie hat man dann für erneute Berechnungen zur selben Substanz einen Datenvorsprung.

[Chemiefragen25]

Hallo
Ich habe zum Berechnen von dem Siedepunkt die Clausius-Clapeyron-Gleichung verwendet.

Wenn ich jetzt den Siedepunkt von Diethylether berechne bei 25 C also 298,15 K komme ich durch die Clausiys-Clapeyron-Gleichung auf 894,68 mbar.

Dieses Ergebnis scheint mir sinnvoll.

Zur Destillation des Ethers, die Destillation aufbauen und Gaswaschflasche + Manometer anschließen. Danach Vakuumpumpe 5-10 Minuten warm laufen lassen und an die Destillation anbringen? Durch den Kapillar im 3 Hals kann Luft einströmen und ich den Druck einstellen?

Mit wie viel Abweichung vom Druck kann ich ausgehen ?

Kühlmittel ist Ethanol -5 Grad, das Endprodukt soll auch gekühlt werden mit Eiswasser da 25 C knapp der Raumtemperatur entsprechen ( Rückfluss zu verhindern )


Danke für deine Hilfe


Mit freundlichen Grüßen

Chemiefragen25

[Glaskocher]

Runden wir zunächst mal die Nachkommastellen weg. Die lassen sich kaum ablesen und tun nix zum Ergebnis. Ein Druck zwischen 890 und 900mbar liegt im plausiblen Bereich der Vorhersage.

Was die Gaswaschflasche in diesem Aufbau macht weiß ich nicht. Eine Kühlfalle ist sinnvoller. In diesem speziellen Fall würde ich auf den Verdampferkolben einen handgeregelten Kolonnenkopf setzen und darauf einen Rückflusskühler mit großer Oberfläche (Intensiv- oder mindestens Dimrothkühler) montieren. An die Destillatabnahme kommt ein Produktenkühler und die Vorlage wird, wie oben schon geschrieben, gut gekühlt. Das obere Ende des Rückflusskühlers und der Druckausgleich des Produktenkühlers werden über ein T-Stück verbunden, bevor die Leitung durch die Kühlfalle und danach zur Druckregelung und Vakuumpumpe weiter geht.

Jetzt kommt es auf die Vakuumpumpe an, da verschiedene Typen unterschiedliche Arten der Druckregelung bevorzugen. Drehschieberpumpen sind für die hier diskutierten Drucke überdimensioniert und für die erforderlichen hohen Gasballaste im Dauerbetrieb nicht gebaut. Membranpumpen vertragen das schon eher. Eine Wasserstrahlpumpe verbraucht recht große Mengen an Betriebswasser, bringt aber ein hier vertretbares Schöpfvolumen. Insgesamt ist der Druckbereich knapp unter Normaldruck etwas schwierig, weil die Geräte auf so kleine Regelgrößen (Druckdifferenz) nicht ausgelegt sind. Ein Warmlaufenlassen ist hier Verschwendung hoch drei.

Bei Ether würde ich NIE eine Siedekapillare mit Luft als Siedehilfe und ÜBERGAUPT NICHT zur Druckregelung nutzen. Ether kann mit Sauerstoff zum Peroxid aufoxidiert werden, das bei Erwärmung explodieren kann. Siedesteine oder ein Magnetrührer sind die bessere Siedehilfe. Dies bezieht sich auf den permanenten Zustrom von Luft in den Verdampferkolben. Ein Luftstrom als Gasballast durch die Destille würde einen zu großen Anteil des Dampfes unkondensierbar verdünnen und die Druckregelung zusätlich erschweren.


Wenn es nur darum geht, den Ether zu destillieren, dann würde ich den Aufwand mit dem verminderten Druck nicht machen. Bei ~35°C Siedetemperatur kann man ihn fast wie einen Sturzbach durch eine normale Destille schicken, muß eher die Heizleistung begrenzen. Eine Kühlfalle im Ausgang ist auch hier hilfreich, um das Verblasen zu unterdrücken. Mit einem Blasenzähler (Paraffinölfüllung) kann man den Zutritt von Raumluft deutlich vermindern.


Beschreibe bitte mal das gesamte Projekt, da ich hier noch unerwähnte Details vermute.



PS: Zusatzfragen zu bestehenden Threads lassen sich dort als Antwort anhängen.
Ich bitte die Moderatoren, diesen Thread an den Ursprungsthread anzuhängen.

PPS: Bitte stelle Dich dort mal vor. Dann erfahren wir Anderen etwas mehr über deinen Fachlichen Hintergrund und können etwas präziser auf deine Fragen antworten.

[Xyrofl]

Oder um es abzukürzen mal realtalk:

Wir können dir deine Fragen beantworten, aber wenn du dann einfach loslegst, dann ist die Chance hoch, dass du ne Menge Geld durch zerstörtes Equipment verlierst. So wie sich das gerade präsentiert, sieht das nicht rund aus. Man braucht kein Vakuum für derart flüchtige Leichtsieder und bevor du nicht einen detaillierten Plan deiner Apparatur zeigst, würde ich pauschal sagen, du solltest alles verwerfen und einfach bei 40-50°C im Wasserbad arbeiten.

Alternativ, falls extrem empfindliche Stoffe im Ether gelöst sind, die gewonnen werden sollen, bietet sich eine klassische Kältedestillation an. Hier wird aber auch kein exakter Druck benötigt, denn der Ether kühlt sich durch Verdampfen selbst und deswegen ist seine Temperatur höchst variabel. Man zieht einfach ein gutes Grobvakuum und destilliert den Ether direkt in eine Kühlfalle. Im Heimlabor bieten sich dafür Thermostöpfe mit Trockeneis an, an der Uni Dewars mit Flüssigstickstoff. -5°C sind da aber definitiv zu lasch. Du bräuchtest mindestens eine Kältemischung oder eine Eismaschine, selbst wenn du absichtlich in einem sehr milden Vakuum arbeitest.

[mgritsch]

Wenn ich jetzt den Siedepunkt von Diethylether berechne bei 25 C also 298,15 K komme ich durch die Clausiys-Clapeyron-Gleichung auf 894,68 mbar.

Dieses Ergebnis scheint mir sinnvoll.

mir nach wie vor nicht. Du steht mit den Begriffen und der Mathematik noch auf Kriegsfuß.

Erstens berechnest du keinen Siedepunkt (Temperatur) sondern einen Dampfdruck für eine gegebene Temperatur.

Zwotens zur Mathematik von CC:

ln(P1/P2) = (ΔHvap/R)((1/T2) – (1/T1))
ΔHvap = 25,8 kJ/mol; R = 8,31
mit p1 = 1013 mbar / T1 = 34,6 °C = 307,75 K (Siedepunkt bei Normaldruck)
und T2 = 25 °C = 298,15 K
komme ich auf ln(p1/p2) = 0,325 somit p1/p2 = 1,384 und somit p2 = 732 mbar.

Versuche bitte mal die Mathematik klar zu bekommen bevor du daraus Schlüsse ziehst, sonst wird das nix...
Über die Praxis (wie stellt sich ein Druck ein, was kann ich überhaupt variabel wählen, was braucht es apparativ) reden wir anschließend.

[mgritsch]

Auf der Website wo die Formel erklärt wird steht auf T1 die Temperatur von 20 C, deshalb dachte ich auch, es gehört die Raumtemperatur anstatt der Siedetemperatur in T1, jedoch ist die Differenz der Temperatur um welche der Siedepunkt verschoben werden soll.

Warum schreiben Sie in T1 die Siedetemperatur ?
Denn in T2 sind die 120 C sprich die 293 K ( erwünschte Temperatur )
Sollte dann nicht in T1 die Differenz eingefügt werden von 34,6-25 = 9,6 Grad.

Also zunächst mal das Grundverständnis was du mit CC machen kannst:
Wenn ein zusammengehöriges Wertepaar p, T (Dampfdruck p bei Temperatur T) und die Verdampfungenthalpie bekannt sind, dann kannst du damit für eine andere gegebene Temperatur oder Druck errechnen welcher Dampfdruck oder Siedepunkt vorliegt.

Dann zum Grundverständnis was „Siedepunkt“ bedeutet: das ist die Temperatur bei der der Dampfdruck = Umgebungsdruck.

Beim Ether kennen wir als zusammengehörige Startwerte also:
p1 = 1 atm = 1013 mbar (Normaldruck)
T1 = 34,6 °C = 307,75 K (Siedetemperatur bei Normaldruck)
Und eben ΔHvap = 25,8 kJ/mol; R = 8,31

Willst du den Dampfdruck für eine beliebige andere Temperatur errechnen, dann ist das eben das T2 das du einsetzt und nach p2 auflöst.

Oder du gibst einen Druck p2 vor und errechnest dann die Siedetemperatur die sich dort ergibt.

Eine Temperaturdifferenz kommt in der Formel nirgends vor… wie kommst du auf so eine Idee…

[Glaskocher]

Man destilliert in den seltensten Fällen "rein der Übung halber".

Oft will man (mindestens) zwei Substanzen voneinander trennen. Dann hat man aber schon ein System, auf das die Berechnungen nicht mehr ganz zutreffen. Für den Destillationsbeginn (hohe Konzentration von z.B. Ether) passt die Rechnung noch. Im Verlauf der Destillation verarmt der Sumpf am Leichtsieder und die höher siedende Komponente macht sich stärker bemerkbar. Die Siedetemperatur der Mischung steigt, wenn der Dampfdruck gehalten werden soll. Die Kondensationstemperatur bleibt, druckabhängig, zunächst weitgehend gleich. Bei einer unverdampfbaren zweiten Komponente wird irgendwann der Dampfdruck nachlassen, wenn nicht mehr genug Leichtsieder übrig ist und man nicht weiter heizen will. Eine verdampfbare zweite Komponente wird, von ihren Siedeeigenschaften abhängig, nach und nach immer größere Anteile am Gesamtdampfdruck liefern, abhängig von ihrer Konzentration und der Sumpftemperatur.

Da fängt die Wissenschaft vom Destillieren an und man braucht weitere Berechnungen und einen großen, teilweise in Tabellenwerken hinterlegten, Erfahrungsschatz.

[mgritsch]

Ich glaube so weit für solche Überlegungen ist er noch lange nicht

[Chemiefragen25]

Auf der Website wo die Formel erklärt wird steht auf T1 die Temperatur von 20 C, deshalb dachte ich auch, es gehört die Raumtemperatur anstatt der Siedetemperatur in T1, jedoch ist die Differenz der Temperatur um welche der Siedepunkt verschoben werden soll.

Warum schreiben Sie in T1 die Siedetemperatur ?
Denn in T2 sind die 120 C sprich die 293 K ( erwünschte Temperatur )
Sollte dann nicht in T1 die Differenz eingefügt werden von 34,6-25 = 9,6 Grad.

Also zunächst mal das Grundverständnis was du mit CC machen kannst:
Wenn ein zusammengehöriges Wertepaar p, T (Dampfdruck p bei Temperatur T) und die Verdampfungenthalpie bekannt sind, dann kannst du damit für eine andere gegebene Temperatur oder Druck errechnen welcher Dampfdruck oder Siedepunkt vorliegt.

Dann zum Grundverständnis was „Siedepunkt“ bedeutet: das ist die Temperatur bei der der Dampfdruck = Umgebungsdruck.

Beim Ether kennen wir als zusammengehörige Startwerte also:
p1 = 1 atm = 1013 mbar (Normaldruck)
T1 = 34,6 °C = 307,75 K (Siedetemperatur bei Normaldruck)
Und eben ΔHvap = 25,8 kJ/mol; R = 8,31

Willst du den Dampfdruck für eine beliebige andere Temperatur errechnen, dann ist das eben das T2 das du einsetzt und nach p2 auflöst.

Oder du gibst einen Druck p2 vor und errechnest dann die Siedetemperatur die sich dort ergibt.

Eine Temperaturdifferenz kommt in der Formel nirgends vor… wie kommst du auf so eine Idee…

Danke für deine Antwort, ja ich habe die Formel nochmal durchgelesen, dadurch habe ich erkannt das von den 20 C die Verdampfungenthalpie gewählt wurden.

[Chemiefragen25]

Man destilliert in den seltensten Fällen "rein der Übung halber".

Oft will man (mindestens) zwei Substanzen voneinander trennen. Dann hat man aber schon ein System, auf das die Berechnungen nicht mehr ganz zutreffen. Für den Destillationsbeginn (hohe Konzentration von z.B. Ether) passt die Rechnung noch. Im Verlauf der Destillation verarmt der Sumpf am Leichtsieder und die höher siedende Komponente macht sich stärker bemerkbar. Die Siedetemperatur der Mischung steigt, wenn der Dampfdruck gehalten werden soll. Die Kondensationstemperatur bleibt, druckabhängig, zunächst weitgehend gleich. Bei einer unverdampfbaren zweiten Komponente wird irgendwann der Dampfdruck nachlassen, wenn nicht mehr genug Leichtsieder übrig ist und man nicht weiter heizen will. Eine verdampfbare zweite Komponente wird, von ihren Siedeeigenschaften abhängig, nach und nach immer größere Anteile am Gesamtdampfdruck liefern, abhängig von ihrer Konzentration und der Sumpftemperatur.

Da fängt die Wissenschaft vom Destillieren an und man braucht weitere Berechnungen und einen großen, teilweise in Tabellenwerken hinterlegten, Erfahrungsschatz.

Ja das klinkt logisch, wenn man Ether und Ethanol in einer Lösung hat, das der Ether zuerst verdampft, wenn man nicht heißer kocht und den Druck nicht verändert dann wird nichts passieren mit den Ethanol.
Kennen Sie ein Buch wo man so etwas nachlesen kann? Destillationen im Vakuum und unter Schutzgas.