Destillieren

Ob Filtrieren, Trocknen, Destillieren: Hier werden alle Vorgehensweisen erklärt.

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Phil
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Beitrag von Phil »

CD-ROM-LAUFWERK hat geschrieben:Schau dir mal die Eintauchtiefe der beiden Thermometer an. Wenn du das rechte links rein machst, zeigt es dir eine zu niedrige Temperatur an, weil es nicht richtig im Dampfstrom ist.
Da hat CD-Rom recht, auch sind beide Hg-Gefässe zu weit oben sie müssten tiefer gehen. etwas weiter oben habe ich Dir einen Link von Ebay über eine Widmer Kolonne gepostet, die Kostet glaube ich 20 Euro so kannst Du eine gute Kolonne zu bestem Preis kaufen und Geld für einen Dampfteiler sparen.
frankie hat geschrieben:dass man sie reinigen muss: Je nach dem was man da destilliert kann das eine längere Beschäftigung werden... [/url] Wie oben schon erwähnt: Wirklich sinnvoll ist eine Kolonne nur dann, wenn sie mit eine Rücklaufteiler (o.Ä.) betrieben wird.
Ich selber habe eigentlich keine Probleme mit der Reinigung, wenn Salze oder anderer Schlunz vorhanden ist, kann eine einfache Destillation helfen und danach die Rektifikation, am Schluss kann mit EOH oder Aceton die Kolonne einfach nochmals gespült werden ohne dass es Probleme gibt. Ja an dem Teiler solltest Du nicht sparen.

Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

Was den Unterschied zwischen Reinstoffen und Gemischen angeht: Reinstoffe haben einen Siedepunkt, der mit dem Taupunkt zusammen fällt. Sie halten dadurch die Temperatur konstant. Wenn Methanoldampf unter den Siedepunkt gekühlt wird, dann kondensiert fortwährend Methanol und hält die Temperatur konstant. Die Wärmekapazität ist somit wenn man das so nennen will unendlich hoch (allerdings nur nur am Siedepunkt und da das ein Punkt ist, ist der unendlich schmal und das zusammen gibt eine endliche latente Wärme).
Bei Gemischen gibt es das nicht. Kühlt man sie unter den Taupunkt ab, kondensiert der Schwersieder zuerst, der Leichtsieder bleibt zurück und damit mehr kondensieren kann, muss die Temperatur fallen. Somit halten sie die Temperatur nicht perfekt konstant. Man braucht eine Isolation, die so stark ist, dass der Dampfstrom nicht nennenswert abgekühlt wird, sonst misst man nicht den Taupunkt des Dampfes, sondern irgendwas darunter.

Irgendwie erklärt das aber noch nicht, wieso die Temperatur derart tief fällt. Oder haben wir ein Azeotrop, das derart tief liegt? Wenn nicht, muss man bedenken, dass neben dem Dampf ja noch Luft in dem System ist. Wenn sie sich durch Verwirbelungen (die entstehen durch die Vorkondensation) mit dem Dampf mischt, wird der Partialdruck aller Dampf-Komponenten durch diese Verdünnung gleichermaßen erniedrigt. Soll nun etwas auskondensieren um die Wärmeverluste an die Umwelt zu kompensieren, tut es das bei einer niedrigeren Temperatur (wie bei einer Vakuumdestillation). Es kann auch etwas kalte Luft aus dem Kühler gegen das Thermometer gesaugt werden wenn die Strömungsverhältnisse völlig im Argen liegen.

Um zu wissen, ob sowas Abgefahrenes hier entscheidend ist, müsste man die Strömungsverhältnisse in einer solchen Destille genauer betrachten. Das klingt aber wirklich schwer. Ich weiß auch nicht genau, wovon dieser Effekt im Einzelnen abhängen sollte. Plausibel scheint aber, dass sowas nicht auftritt, wenn der Kopf isoliert ist und alle Abkühlung erst im Kühler stattfindet, so wie das auch im Idealfall gedacht ist. Denn im Idealfall ist da nur reiner Dampf über der Flüssigphase in dem Kolben, er enthält keine Luft, die werde vom Dampf verdrängt.

Um das genauer zu untersuchen, könntest du ja ein genau eingestelltes System nehmen, dessen Siedediagramm hinreichend genau bekannt ist (Ethanol-Wasser zum Beispiel) und dann mit Isolation, Heizleistung usw. herumprobieren bis es passt, dann weißt du wenigstens, was du machen musst, damit es richtig läuft. Dein Ethylacetat-Ethanol-Wasser-System ist ja denkbar ungeeignet, da die Siedepunkte extrem nahe beieinander liegen, die Zusammensetzung unbekannt ist und es ternär ist oder auch quartär wenn man die Essigsäure dazu nimmt. Das ist zu schwer für den Anfang.

Eine Kolonne dazu zu nehmen macht auch nur alles komplizierter, denn dann brauchst du einen Rücklauf, für eine einfache Destillation brauchst du natürlich keinen.

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eule
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Beitrag von eule »

Wie wäre zu dem Genannten noch irgendeine Abart vom Carnot-cycle, der durch die Wärmezufuhr vom Destillationskolben und auf der anderen Seite der Kühlung incl. Volumenarbeit durch die Kondensation angetrieben für wellenweise durchs System laufende Temperaturänderungen sorgt?

Keine Ahnung, vllt. ist das aber zu weit hergeholt, aber solche Effekte findet man oft an unvermuteten Stellen.
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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Laut dem Arzneibbuch soll bei der Bestimmung des Siedebereichs das Quecksilbergefäß des Thermometers ganz knapp unter dem Abgang des Kühlers zu liegen kommen.
Aber wird das mit der Eintauchtiefe der Thermometer nicht überschätzt? Bei der Destillation des Methanols haben ja beide ja die korrekte Teperatur angezeigt - so viel kann die Eintauchtiefe also nicht ausmachen.

Es muss wohl die Destillation eines Gemisches wirklich ein wesentlich komplizierteres Geschäft sein als die Siedepunktbestimmung eines Reinstoffes (für die schreibt das Arzneibuch übrigens vor, daß sich das untere Ende des Themometers kanpp über dem Ansatz des Kolbenhalses befinden soll, also wqesentlich unter dem Abgang des Kühlers!)
Die Wärmekapazität ist somit wenn man das so nennen will unendlich hoch
Das vorangehende habe ich verstanden, aber diesen Satz nicht. Bitte näher erläutern.
. Man braucht eine Isolation, die so stark ist, dass der Dampfstrom nicht nennenswert abgekühlt wird, sonst misst man nicht den Taupunkt des Dampfes, sondern irgendwas darunter.
Auch das ist mir nicht klar. Gibt es denn bei einem Dampf, der aus mehreren Stoffkomponenten besteht, überhaupt einen Taupunkt?

Ich stelle mir das so vor: ein Dampfgemisch besteht an Punkt A aus einem niedrig- und einem hochsiedenden Anteil. Die Temperatur am Punkt A ist x °C. Nun kühlt der Dampf bis er Punkt B erreicht etwas ab. Die hochsiedende komponente kondensiert (mindestens teilweise) und am Thermometer kommt ein anderes Gemisch an, das einen niedrigeren Taupunkt hat, folglich wird dort eine niedrigere Temperatur gemessen. Insofern müsst die Isolierung doch was nützen
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Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

Am Taupunkt beginnt Dampf zu kondensieren, am Siedepunkt beginnt Flüssigkeit zu sieden. Im Phasendiagramm einer binären Mischung hat man eine Taukurve und eine Siedekurve, für definierte Zusammensetzungen findet sich auf den beiden Kruven jeweils ein Punkt (sie sind also eindeutige Funktionen der Zusammensetzung). Zwischen den beiden Kurven liegt das Zweiphasengebiet wo Dampf und Flüssigphase koexistieren.
Die Wärmekapazität ist quasi das Verhältnis aus aufgebrachter Wärmemenge und Temperaturänderung. Am Siedepunkt einer reinen Komponente ist es möglich, eine endliche Wärmemenge zuzuführen ohne dass die Temperatur sich ändert. Somit bekommt man eine unendliche Wärmekapazität wegen des Teilens durch null. Für siedende Reinstoffe ergibt das Konzept der Wärmekapazität also keinen Sinn mehr, eine Singularität tritt auf.
Insofern müsst die Isolierung doch was nützen
Auf jeden Fall muss die etwas nützen. Man würde sonst die Temperatur des halb kondensierten Dampfes messen. Taupunkt meint ja nur den Punkt wo es anfängt zu tauen, danach kühlt es weiter bis zum Siedepunkt und taut dabei weiter, dann ist alles flüssig und würde grade anfangen zu sieden wenn man es wieder aufheizen würde.

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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Verstanden! Noch eine Frage:

Einen Siedebereich zu bestimmen macht ja nur bei Gemischen Sinn, oder? Nun fallen da Siedepunkt und Taupunkt aber nicht zusammen. wenn ich nun in einem Kolben ein Gemisch verdampfe und die Temperatur kurz vor dem Kühler messe - was messe ich da? Doch wohl den Taupunkt, oder?
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Xyrofl
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Beitrag von Xyrofl »

Der Siedepunkt des Sumpfes ist der Taupunkt des Destillates. Das ist wohl auch das, was man messen will. Bezogen auf die Zusammensetzung des Destillates misst du also den Taupunkt, bezogen auf die Zusammensetzung des Sumpfes aber den Siedepunkt.

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lemmi
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Beitrag von lemmi »

Ich sehe schon, ich muss mir die Siede-Taupunkt-Kurvendiagramme nochmal zu Gemüte führen... Danke für die Erklärungen bis hierher!
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Timmopheus
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Beitrag von Timmopheus »

Gibt es denn keine verhältnismäßig günstige Option, eine "normale" Destillation durch eine Kolonne zu verbessern, ohne gleich hunderte von Euros ausgeben zu müssen? Wenn ich mir so anschaue, was bei Ebay, Handelskontor Freitag, etc. Kolonnenköpfe kosten, wird mir schon etwas schwindelig.

Eine Idee die ich habe wäre folgende: Auf den Sumpfkolben eine Kolonne drauf (bei mir muss ein alter Intensivkühler herhalten, der hat noch die größte Oberfläche), obendrauf ein Claissenaufsatz. Auf den NS14 Anschluss, der senkrecht weiter nach oben führt ein Kühler der im Rückfluss arbeitet, auf seitlich versetzten Ansatz ein Thermometer. Am NS29 Abgang dann Kühler, Vorstoß, etc.
Ich erhoffe mir davon folgendes: Der Dampf steigt durch den Intensivkühler (Pseudokolonne) auf, steigt zum Teil in den Rückflusskühler und fließt zurück nach unten. Ein Teil des Dampfes (fraglich ist wieviel) zweigt im Claissen ab. Ein Rückflussverhältnis lässt sich leider nicht einstellen.


Oder hat jemand noch eine bessere Idee? Oder eine Bezugsquelle für (einfache) Kolonnenköpfe oder derartig verwendbare Teile die nicht >100€ kosten?

CD-ROM-LAUFWERK
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Beitrag von CD-ROM-LAUFWERK »

Da quasi alle Dämpfe von destillierbaren Stoffen eine Dichte über der von Luft haben... müsste man die Strömungsgeschwindigkeit so hoch wählen, dass durch den Staudruck auch tatsächlich was in den als Rückflusskühler arbeitenden NS14-Kühler kommt.
So eine Strömungsgeschwindigkeit scheint mir für Stofftrennungen schon deutlich zu hoch.
Die Dämpfe von Diethylether haben beispielsweise eine Dichte mit Faktor 2,5x über der von Luft.

Ich habe gerade keine Lust das alles aus zu rechnen... aber irgendwie muss ich es jetzt doch machen, um zu sehen, ob meine Überlegung so stimmt:
Angenommen 250ml/h Trennleistung mit einem Rücklaufverhäntnis von 1:4 (=750ml/h am Rückflusskühler, 250ml zur Vorlage)
Dichte bei 35°C: Diethylether 3g/l und Luft 1,15g/l.
Die 1000ml/h sind 700g/h, verdampft dann 230 Liter/h. Der Querschnitt von NS29 ist entsprechend 660mm² und somit eine Strömungsgeschw. von 350m/h bzw. 0,1m/s.
Der dynamische Druck (Staudruck) ist somit nach q = 0,5*rho*v² --> 0,5*3kg/m³*(0,1m/s)²=0,015Pa
Der Statische Druck aus p=roh*g*h nach h=p/roh*g und somit h=0,015Pa/(3kg/m³-1,15kg/m³)*9,81kg/s²=0,0008m

Allerdings erscheint mir 1mm etwas zu gering. Bei 10cm/s sollte man gefühlt schon 5mm erreichen... aber hier sind wir auch bei extrem geringen Geschwindigkeiten und Dichten...
Für NS14 durchgerechnet: 0,4m/s und damit 0,24Pa und damit 0,013m aka 1,3cm Steighöhe.
Was ich nicht beachtet habe ist der "Sog" den der Dampf erzeugt, wenn man ihn nicht waagerecht kondensiert sondern in einem fallenden Kühler. Dieser würde die Steighöhe nochmal entsprechend verringern oder bei ausreichender Fallhöhe sogar für ein Ansaugen von Luft (über den Rückflusskühler) sorgen.

tl;dr:
Man müsste einen deutlich kleinen Querschnitt als NS29 verwenden und/oder viel mehr Durchsatz haben (und damit eine viel größere Kolonne), damit wirklich auch was beim Rückflusskühler ankommt.

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Timmopheus
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Beitrag von Timmopheus »

Experiment gemacht:
Dabei den Rückflusskühler (Über Adapter NS29 auf den NS14 gesetzt) oben offen. Der "absteigende" Ast der das Produkt auffangen soll über Krümmer (also "dicht") ausgeführt. Einzige Verbindung zur Atmosphäre über den offenen Rückflusskühler. Dabei ging quasi der komplette Dampfstrom über den Rückflusskühler, ein verschwindend geringer Teil in die Vorlage.
Lösung: Vakuumvorstoß über dem Vorlagekolben um eine Öffnung zur Atmosphäre zu schaffen. Dann den Sumpf aufgeheizt und gewartet bis erste Dämpfe im Rückflusskühler kodensieren. Dann den Rückflusskühler mit einem Stopfen oben verschlossen. Einzige Verbindung zur Atmosphäre dann über den Vakuumvorstoß. Da die Dämpfe im Rückfluss kondensieren und mit deutlich geringerem Volumen als Flüssigkeit zurücktropfen wird beständig neuer Dampf in den Rückflusskühler gezogen, allerdings geht auch ein nennenswerter Teil in die Vorlage. Lässt man den Stopfen auf dem Rückflusskühler länger offen, verstellt sich das Rückflussverhältnis zu größeren Werten.

Fazit:
Funktionieren tuts, gut einzustellen ist es leider nicht. Zumal meine "Kolonne" ein Intensivkühler war, der eine verhältnismäßig geringe Oberfläche hat.

Mineraliensammler
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Beitrag von Mineraliensammler »

Ich hätte mal eine Frage zu Destillation unter vermindertem Druck.
Beim Einengen fange ich die Flüssigkeit via Brücke auf um sie weiterzuverwenden, um Zeit und Heizkosten zu sparen wollte ich unter leichtem Vakuum destillieren und habe festgestellt das die Vorlage deutlich wärmer wird.
Nimmt die Leistung des Kühlers ab ?
Klingt für mich plausibel da verdünnte Gase ja weniger Kontakt zum Kühler haben könnten ... Oder täusche ich mich da?

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Timmopheus
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Beitrag von Timmopheus »

Jein
Eher zu schnell destilliert, also Sumpf zu stark erhitzt. Dann strömt ein zu großer Dampfstrom über, der Kühler kann nicht mehr so viel Dampf in der gleichen Zeit niederschlagen. Kann auch ohne Vakuum passieren. Hat sich der Dampf auf der vollen Länge des Kühlers abgeschieden, oder auf den ersten ~5cm?
Abhilfe schafft:
-weniger heizen
-höherer Kühlwasserstrom
-längerer Kühler

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Timmopheus
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Beitrag von Timmopheus »

Passend zur Rektifikation wärme ich diesen Thread sehr gerne auf ;)

Ich habe jetzt länger nach einem Kolonnenkopf oder einer vergleichbaren Apparatur gesucht, die Preise lagen aber immer über 200€. Da ich die Chemie nicht als "Vollzeithobby" betreibe, sondern nach Lust und Laune mal was zusammenköchle, bin ich nicht bereit so viel Geld zu investieren.

Daher meine Frage:
Hat jemand Erfahrungen mit "Rektifikationen" nur mit Kolonne, ohne entsprechenden Kopf/Rücklaufteiler?
Ich stelle mir vor die Kolonne zwischen Sumpf und Claissen zu schalten. Verbessert das den Trenneffekt schon merklich?
Eine Kolonne ohne Mantel könnte hier sogar besser funktionieren, da ein Teil des Dampfes durch die Verlustwärme kondensiert und zurückströmt.
Wenn ihr das so gemacht habt, wie "schnell" habt ihr destilliert? Habt ihr es mit einer Destillation ohne Kolonne verglichen?

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Phil
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Beitrag von Phil »

Nun ich habe Erfahrung mit dem Rektifizieren, es kommt auf die Siedepunkt Differenz an. Lies im Organikum da kannst Du die Trennstufe und die Kolonen länge ablesen.
Wenn Du wirklich reine Produkte erhalten willst, musst Du einen Rücklaufteiler haben. sonst wird das nichts.
Das Rücklaufende Produkt durch die Kolonne hat auch einen Wärmeaustausch zur folge, diese ist zur Verdampfung von tiefersiedenden Produkten notwendig, da das höhersiedende abgekühlt wird und somit wieder zurückläuft. Ohne Dampfteiler hast Du grosse Verluste und keine reinen Produkte.

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