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Simulation einer Batch-Destillation

Simulation einer Batch-Destillation

Unter einer Batch-Destillation versteht man (im Unterschied zur kontinuierlichen Destillation) die Destillation einer bestimmten Flüssigkeitsmenge, deren Komponenten nacheinander bei ihren unterschiedlichen Siedepunkten abdestillieren.

Die Destillation ist eines der ältesten Verfahren zur Reinigung von verdampfbaren Stoffgemischen. Im Gegensatz zur Extraktion, bei der zugegebene Hilfsstoffe nachträglich wieder aus dem Extrakt entfernt werden müssen, werden bei der Destillation keine weiteren Hilfsstoffe benötigt.

Das Verfahren beruht darauf, dass der Dampf, der beim Sieden eines Flüssigkeitsgemisches entsteht, reicher an der leichter flüchtigen Phase ist, als das ursprüngliche Gemisch. Die genauen Zusammensetzungen lassen sich in der Realität häufig nur experimentell bestimmen. Für ideale Gemische gilt das Raoult'sche Gesetz:

x 1 = p 1 p 1 0 x 2 = p 1 0 p 1 p 1 0 x 1 Stoffmengenanteil (Molenbruch) der leichter flüchtigen Komponente in der flüssigen Phase x 2 Stoffmengenanteil (Molenbruch) der schwerer flüchtigen Komponente in der flüssigen Phase p 1 Stoffmengenanteil (Partialdruck) der leichter flüchtigen Komponente in der Gasphase p 1 0 Dampfdruck der reinen leichter flüchtigen Komponente

Aus diesen Beziehungen geht auch hervor, dass eine einmalige Destillation lediglich eine Aufkonzentration der Komponenten bewirkt. Um eine weitergehende Trennung zu erreichen, kann die Destillation wiederholt werden. Dies geschieht praktisch durch eine so genannte Kolonne. Dabei handelt es sich um ein senkrecht stehendes Rohr, das mit Füllkörpern wie z.B. Glasringen oder Edelstahlspiralen gefüllt ist. Das verdampfte Gas wird von unten durch die Kolonne geleitet, bevor es vom Kühler kondensiert wird. Ein Teil des dabei erhaltenen Destillates wird von oben wieder in die Kolonne zurückgegeben. Dadurch vermischt sich das Kondensat mit dem aufsteigendem Dampf. Die leichter flüchtigen Bestandteile des Kondensats werden noch einmal verdampft, die schwerer flüchtigen im entgegenströmenden Dampf kondensieren dabei.

Der Anteil des zurücklaufenden Destillats im Verhältnis zur Gesamtmenge wird als Rücklaufverhältnis bezeichnet. Im Endeffekt resultiert daraus eine mehrfach hintereinander geschaltete Destillation, bei der sich das Destillat immer weiter aufkonzentriert. Je mehr des Destillats wieder auf die Kolonne zurückgegeben wird, umso mehr einzelne Destillationen finden dort statt. In Analogie zu Kolonnen, die diese Schritte aufgrund ihrer Bauart in diskreten Böden durchführen, wird dabei von theoretischen Böden gesprochen. Per Definition wird auf jedem Boden ein vollständiger Destillationsschritt ausgeführt. Da auch Bodenkolonnen in der Realität nicht ideal destillieren, kann das Gerät auch eine gebrochene Bodenzahl haben.

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