Destillation

Destillation (bei Ethanol auch Brennen genannt) ist ein thermisches Trennverfahren, um homogene Gemische (Lösungen) verschiedener Flüssigkeiten zu trennen. Gelöste Feststoffe, beispielsweise Salze, werden durch Kristallisation aus Flüssigkeiten getrennt. Salzlösungen kann man durch Eindampfen aufkonzentrieren. Ist der Dampf das erwünschte Produkt, z. B. bei Meerwasserentsalzung der Dampf als Trink- oder Prozess-Wasser, kann man auch von Destillation sprechen, obwohl dieses im strengen Sinne nicht stimmt. Eine andere Möglichkeit, Lösungen zu trennen, ist das Ausflocken der Materialien.

Bei der Destillation wird der Ausgangsstoff erhitzt. Der entstehende Dampf ist ein Gemisch aus den verschiedenen Komponenten der zu trennenden Lösung und wird in einem Kondensator (z. B. Liebigkühler im Labormaßstab) abgekühlt. Das flüssige Kondensat wird aufgefangen. Das Wort "Destillation" leitet sich von dem lateinischen Wort destillare = herabtröpfeln ab. Es wurde in der Antike auch für andere Trennverfahren benutzt.

Entwicklung

In der Antike wurden vor allem ätherische Öle destilliert. Als um die Jahrtausendwende (1000 n. Chr.) die Schwefel- und Salpetersäure und vor allem der Trinkalkohol (Ethanol) entdeckt wurden, gewann die Destillation erheblich an Bedeutung. Im 17. Jahrhundert kamen an wichtigen Anwendungen die Süßwasserdestillation aus Meerwasser und die Destillation von Pech und Teer zur Abdichtung der Schiffe hinzu.

Prinzipien

Simple_chem_distillation.PNG Die Destillation ist ein thermisches Trennverfahren, das gegenüber anderen den Vorteil hat, dass in der Regel keine weiteren Stoffe wie Adsorbentien oder Lösungsmittel hinzugefügt werden. Als Trennhilfsmittel bei der Destillation wird Energie verwendet, die als Wärme dem System in der Vorlage leicht zugeführt und am Kondensator wieder entzogen werden kann. Destillation beruht auf den unterschiedlich hohen Siedepunkten der beteiligten Flüssigkeiten. Man sagt dazu auch, dass die Flüssigkeiten einen unterschiedlich hohen Dampfdruck bei gleicher Temperatur besitzen. Wird dem System Energie zugeführt, verdampft vom Stoff mit dem höheren Dampfdruck (niedrigeren Siedepunkt) mehr als vom anderen Stoff, bis sich ein vom Druck, der Temperatur und vom Stoffgemisch abhängiges Gleichgewicht eingestellt hat. Die Konzentration des Stoffs mit dem niedrigeren Siedepunkt im Dampf ist um einen ganz bestimmten Anteil höher als in der Ausgangsmischung. Bei einer einfachen Destillation ist maximal dieser Unterschied zu erzielen. Da man in der Praxis nicht wartet, bis sich ein Gleichgewicht einstellt, sondern den Dampf abzieht und an einem Kondensator niederschlagen lässt, um das Destillat zu gewinnen, wird diese Zusammensetzung in der Regel nicht erreicht. Zusätzlich besteht die Gefahr, dass die Ausgangssubstanz beim Sieden spritzt oder schäumt und diese Tropfen mitgerissen werden.

Wiederholung des Trennungsschritts

Durch wiederholte Destillation des Destillats kann die Konzentration weiter erhöht werden. Je größer der Unterschied zwischen den Siedepunkten, desto weniger Destillationsschritte benötigt man, um eine bestimmte Konzentration zu erreichen.

Bei der industriellen Produktion wird diese Wiederholung der Destillationsschritte kontinuierlich durch Rektifikation geleistet. Destillation muss man noch unterscheiden in einen Einmal-Prozess (Batch-Prozess), wie er oft in Labors auftaucht, um beispielsweise die reine Chemikalie aus einem Gemisch zu isolieren, oder kontinuerlicher Destillation, die in der Regel in den großen Destillierkolonnen einer Chemiefabrik vorgenommen wird.

Spezielle Verfahren

Bei Destillation vieler verschiedener Stoffe aus einem Gemisch wird die Fraktionierte Destillation genutzt. Liegen die Siedepunkte nahe beieinander, kann bei der Rektifikation durch Zwischenschalten einer Kolonne (z. B. Füllkörperkolonne) trotzdem hohe Reinheit erreicht werden. Hochsiedende Stoffe werden unter vermindertem Druck destilliert, wobei man sich die Siedepunktserniedrigung zu nutze macht.

Schleppdestillation

Bei dieser Variante der Destillation wird dem zu trennenden Stoffgemisch eine weitere Substanz zugesetzt, z.B. Wasser bei der Wasserdampfdestillation. Bei der Gewinnung von ätherischen Ölen, die in der Pflanze in geringer Konzentration vorkommen (Lavendel, Kamille, u. a.) füllt man in die Vorlage die (ggf. zerkleinerten) Pflanzen und geringe Mengen Wasser, und erhitzt dann die Vorlage. Der Wasseranteil hält dann für geraume Zeit die Siedetemperatur, die ggf. durch Arbeiten bei Überdruck (s. Schnellkochtopf) auch über 100 °C angehoben werden kann. Der Öldampf geht über Kopf mit dem Wasserdampf in den Kühler und kondensiert. Das Wasser-Öl-Gemisch kann dann über Dekantieren getrennt werden. Der Wasserdampf schleppt also eine andere, eigentlich unlösliche, Komponente mit. Ohne Einsatz von Wasser würde die Temperatur in der Vorlage u.U. in höhere Bereiche kommen, in denen das Öl beschädigt werden könnte (cracken). Die Destillation ist eigentlich nur dann erforderlich, wenn die zu trennenden Flüssigkeiten sich ineinander lösen, wie z. B. die berühmte Alkohol-Wasser-Lösung. Liegen eigentlich unlösliche Gemische vor, wie z. B. Wasser-Öl, kann man in der Regel durch Absetzen und Dekantieren die Flüssigkeiten trennen.

Alkohol und andere Azeotrope

Die wohl älteste und gleichzeitig eine der bekanntesten Anwendungen der Destillation ist die Herstellung hochprozentiger alkoholischer Getränke (Mit Alkohol ist in diesem Absatz Ethanol gemeint; siehe auch Brennen). Die Konzentration des Alkohols lässt sich über den destillativen Weg nur durch Mehrfachdestillation, aus einer wässrigen Lösung bei Normaldruck, bis auf maximal 95,58% Alkohol erhöhen. Ab diesem Punkt sind die Siedetemperaturen des Alkohol-Wasser-Gemisches und des Wassers identisch, d.h. sie sind azeotrop. Dies beruht auf dem Vorhandensein von Wasserstoffbrückenbindungen, also Dipol-Momenten. Eine weitere Erhöhung der Alkoholkonzentration kann nur durch die Verschiebung des azeotropen Punktes erfolgen. Diese Verschiebung kann mittels Druckänderung oder durch die Zugabe eines Dritt-Stoffes erfolgen. Ist eine Mehrfachdestillation erwünscht, kann auch auf das alternative Verfahren der Rektifikation zurückgegriffen werden. Trennverfahren | Verfahrenstechnik

Siehe auch

Alkohol, Pervaporation Brennen (Spirituose)

Weblinks

www.zoll.de Technik der Branntweinherstellung
Labordestillation

Gourt Home::Gourt :: Destillation