Schnappi fragt

[Schnippschnapp]

Hat mal jemand das Phänomen beobachtet, dass bei der Konzentration von Ethanol schon etwas vor dem eigentlichen Azeotrop Schluss ist? Nach 2 maliger Destillation mit der Kolonne (hab sogar ne extra lange) komm ich auf ca 93 Masseprozent. (minimal drunter um genau zu sein) Selbst eine dritte fraktionelle Destillation erhöht die Konzentration nicht mehr, aber gar nicht, nada. Verhält sich also dahingehend schon wie das Azeotrop nach der 2. Destillation, nur das ein bischen was fehlt komischerweise...

Dann hab ich versucht mit Salz nachzuhelfen, hat auch nichts mehr gebracht.

[Schwefelbrücke]

Das Azeotrop wird halt nur bei Idealbedingungen erreicht. Bereits geringe Abweichungen etwa bei der Temperatur führen zu den von dir beobachteten Ergebnissen.

[mgritsch]

Versuche mal das hier zu lesen und zu verstehen:
viewtopic.php?t=4759
Die Trennleistung laborüblicher Kolonnen, vor allem wenn ohne Rücklaufteiler betrieben, ist begrenzt, vielleicht 3 theoretische Böden, max 5. Gleichzeitig benötigt man sehr viele theoretische Böden um sich in dem „Zwickel“ dem Azeotropen Punkt weiter anzunähern.

Wie so oft halt: cui bono, wozu der Kampf um 2 oder 3% Ethanol, um 1% Verunreinigung in CuSO4… ?

[Schnippschnapp]

ich hatte da glaube ich schon mal reingelesen gehabt. Sagt aber nichts drüber aus, wie weit man mit mehrmaligem Destillieren kommt. Bestätigt aber meine Erfahrung, dass Isolation murks ist, mindert spürbar die Trennleistung. Ich merk das sogar schon, wenn ich nur die obere Hälfte vom Kolben einisoliere. Keine Ahnung, warum es so viele mit Vakuummantel gibt.


Auch wenn die Trennleistung nicht so toll ist, macht es für mich iwie keinen Sinn, dass sie plötzlich gar keine mehr hat.

1. destillation: von 20% auf ca 85%
2. Destillation: von 85% auf knapp 93%
3. Destillation, obwohl streng überwacht und extrem langsam: passiert nichts mehr. Und da gabs auch keine Kurve, ich hab ein paar mal Fraktionen entnommen, ziemlich am Anfang und auch später, es hat das knapp 93%ige Zeug genau so wie es ist einfach durchgereicht nach oben...da sind 93% im Kolben und nichtmal ganz am Anfang kommt oben Azeotrop an, wie kann das sein? Das hat ja in dem Moment nichts mehr mit Trennstufen zu tun, da würde ja eine Trennstufe schon reichen? Die Temperatur im letzten Durchgang hatte noch nichtmal die Temperatur von ethanol bzw. dem Azeotrop, über der Kolonne, sondern schwankte gerade mal zwischen 70 und 78 Grad, meist ein paar Grad unter 78. Ist wohl der Flüchtigkeit des Ethanols geschuldet, dass es trotzdem kondensiert.

Erklärungen für dieses "hardlimit" von 93%, kann ich in dem Artikel nicht finden. Dass sich das Verhältnis der beiden Stoffe überhaupt nicht mehr ändert bei der Destillation, macht irgendwie keinen Sinn für mich..aber an iwas muss es ja liegen..

Ich werd mir auch mal nen Rücklaufteiler bauen, aber irgendwie bin ich da wenig optimistisch.

Würde gern mal sehen wie die industriell das Azeotrop machen.

[mgritsch]

Bestätigt aber meine Erfahrung, dass Isolation murks ist, mindert spürbar die Trennleistung. Ich merk das sogar schon, wenn ich nur die obere Hälfte vom Kolben einisoliere. Keine Ahnung, warum es so viele mit Vakuummantel gibt.

das liegt daran dass die Kolonne ohne Rücklaufteiler, mit "wildem" Rückfluss eigentlich nicht bestimmungsgemäß betrieben wird. Normalerweise sollte die Kolonne isoliert und oben ein Rückflusskühler sein, dann betreibt man sie mal nur in Rückfluss und es stellt sich über die gesamte Länge ein Gleichgewicht ein. Dann kann man über den Rücklaufteiler beginnen gezielt Destillat oben zu entnehmen. So bekommt man das Maximum an Trennleistung heraus, alles andere hat mehr oder weniger Abstriche. Isolieren kann bei höher siedenden Produkten trotzdem nötig sein damit du überhaupt was drüber bekommst.

Die Temperatur im letzten Durchgang hatte noch nichtmal die Temperatur von ethanol bzw. dem Azeotrop, über der Kolonne, sondern schwankte gerade mal zwischen 70 und 78 Grad, meist ein paar Grad unter 78.

das sagt vor allem einiges über die Stabilität und auch Messgenauigkeit (am richtigen Punkt?) deines Systems aus.

Erklärungen für dieses "hardlimit" von 93%, kann ich in dem Artikel nicht finden.

das ist kein "Hard Limit" sondern einfach Ergebnis der Imperfektionen deiner Apparatur dass du in dem "Zwickel" des Siedediagramms (die "Treppchen" werden dort sehr klein) nicht bzw nur noch sehr langsam vorankommst. Aus den vorangegangenen Anreicherungen kannst du so nicht interpolieren.

Würde gern mal sehen wie die industriell das Azeotrop machen.

Mit einer professionellen Kolonne überhaupt kein Ding.

[Schnippschnapp]

das sagt vor allem einiges über die Stabilität und auch Messgenauigkeit (am richtigen Punkt?) deines Systems aus.

Das ist schon an der richtigen stelle. Ist normal, wenn man die temp so niedrig einstellt, dass es der Ethanol gerade so rüber schafft. (Und man bereits höher konzentrierten Ethanol destilliert).Stellt man ein paar Grad höher, hat man die stabile Temperatur des Ethanols bzw. des Azeotrops..In dem Moment hat man dann aber schon nicht mehr die maximale Trennleistung. Ist halt nur nervtötend langsam so.

gut dann werd ich mich mal mit einem Rücklaufteiler beschäftigen vielleicht wirds ja besser..
komisch, von so einem Rücklaufteiler hab ich noch nie gehört vorher, weder im Buch noch in Videos...scheinen die meisten nicht zu benutzen..

edit: aber extra lange Kolonnen haben doch potentiell mehr Trennleistung, oder? bzw 2 Kolonnen zusammen gesteckt?

[mgritsch]

komisch, von so einem Rücklaufteiler hab ich noch nie gehört vorher, weder im Buch noch in Videos...scheinen die meisten nicht zu benutzen..

das liegt daran das die meisten mit einer üblichen Trennleistung happy sind und auf die fehlenden 2-3% pfeifen. Eine Trennstufe (simple Destillation) oder mit Kolonne auf 3 aufgebessert ist für praktische Zwecke genug. Außerdem ist es eine Frage der Menge - große Apparaturen sind ungeeignet um darin 10 oder 30 ml zu destillieren, tendenziell arbeitet man im Labor eher "small scale". Und du wirst merken das Kolonnenköpfe ein teurer Spaß sind (mehrere 100 EUR), trägt auch dazu bei. Wenn dein Hobby maximale Trennleistung bei schwierigen Trennproblemen ist, dann ist das was anderes Vielleicht solltest du dich generell mehr mit Verfahrenstechnik befassen, scheint dir zu liegen?

edit: aber extra lange Kolonnen haben doch potentiell mehr Trennleistung, oder? bzw 2 Kolonnen zusammen gesteckt?

wenn dein Gesamt-System nicht richtig aufgesetzt ist, dann bringt das Netto wenig außer dass alles mühsamer wird.
Kolonnen-Türme stapeln ohne richtige Betriebsführung ist etwa so wie digital immer mehr in ein Bild zoomen ohne bessere Optik an der Kamera zu haben. Es wird nur pixeliger, rauschender und größer, aber nicht schärfer. (eine KI die die Schärfe nachträglich dazu erfindet gibt's in dem Fall nicht )

[Schwefelbrücke]

Effizienter ist es, sich mit den 93 % zu begnügen und das restliche Wasser anders zu entfernen.

[mgritsch]

FYI - so sieht zB ein professioneller Kolonnenkopf für eine Laborapparatur aus:

... und hier sieht man die Preise dafür:
https://www.neubert-glas.de/laborglas/o ... 333c933d5c

... und das wäre etwa der einfachste Rücklaufteiler den es zu kaufen gibt:
https://www.neubert-glas.de/laborglas/o ... eiler.html

[Schnippschnapp]

äh ja ne meine goldene Gans ist gerade verliehen...

ich werd mir schon notdürftig iwas zusammenbauen. Dazu muss ich aber erstmal zu 100% verstehen, was das überhaupt bewirken soll und wie, so ganz ist mir das noch nicht klar, vor allem was dieser Rückflusskühler (Refluxkühler ist das doch eigentlich?) bringen soll, muss ich mich mal bischen einlesen..

scheint doch so zu laufen: Der Dampf kondensiert über der Kolonne im Refluxkühler, läuft dann aber nicht komplett in den Auffangkolben, sondern wird wird wieder zurück in die Kolonne geführt und lediglich ein Teil davon wird "abgezweigt" in den Auffangkolben? Mir ist nicht klar, wie das zur Trennleistung beitragen soll....ausser den ganzen Vorgang zu verlangsamen..

Effizienter ist es, sich mit den 93 % zu begnügen und das restliche Wasser anders zu entfernen.

mach ich ja auch so. Hab mir angewöhnt, den immer mit meinem Kaliumcarbonat Trichter zu verabsolutieren, bzw, auf annähernd 100% zu konzentrieren. Auch wenns das gar nicht braucht für die meisten Sachen. Allerdings macht das schon einen grossen Unterschied, ob du noch 4,5 oder 7 ml Wasser auf 100ml hast, weil ich für jeden ml Wasser 5-6 Gramm K₂CO₃ brauche. Wird zwar alles gesammelt und wieder verwertet, aber es macht es arbeitsintensiver und langsamer.

ich werd aber auch nochmal mit CuSO₄ im Exsikkator experimentieren, das ist potentiell weniger arbeitsintensiv. Gemessen hab ich noch nicht, was dabei rauskommt, nur mal über Nacht angetestet, hat aber gereicht dass die Oberfläche schon bläulich war, scheint also prinzipiell zu gehen. Auch wenn es dauert, wäre es noch deutlich bequemer als mit dem Kupfersulfat rumkochen zu müssen.

Ausserdem gehts ums Prinzip, wenn es denn irgendwie möglich ist, würde ich schon ganz gerne bis zum Azeotrop destillieren. Richtig Geld würde ich dafür aber nicht in die Hand nehmen.

[schlemmiloom]

Läuft zwar Alles letztlich irgendwie aufs Gleiche hinaus, aber der Vollständigkeit halber sei hier noch CaO genannt.

[mgritsch]

Dazu muss ich aber erstmal zu 100% verstehen, was das überhaupt bewirken soll und wie, so ganz ist mir das noch nicht klar, vor allem was dieser Rückflusskühler (Refluxkühler ist das doch eigentlich?) bringen soll

sehr gute Idee!
Das Konzept ist sehr einfach: die Trennleistung einer Kolonne entsteht dadurch, dass zurückfließendes Kondensat mit nach oben strömendem Dampf in möglichst intensivem Austausch ist. Dadurch reichert sich Leichtsieder oben in der Kolonne an, wird mit nach oben weiter destilliert. Schwersieder reichet sich unten an, wird mit nach unten kondensiert.

Je mehr Austauschfläche (Oberfläche) dafür zur Verfügung steht, desto besser erreicht man das mögliche Gleichgewicht praktisch, ganz böse sind dicke "Rinnsale" an Kondensat, gewünscht ein dünner gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm.
Je länger die Kolonne, desto feiner die Aufteilung (man könnte sagen Konzentrations-Gradient) die man erreichen kann = bessere Trennleistung.

Die beste Trennleistung erreicht man in einem statischen Zustand in dem nur oben ein Rückflusskühler drauf sitzt und alles zurück runter kommt. Wenn sich das mal eingependelt hat, dann tropft oben ein Leichtsieder-Gemisch vom Rückflusskühler zurück, das der Zusammensetzung entspricht die mit den "theoretischen Böden" einer gewissen Kolonnenlänge/Bauart erreichbar ist (die maximale Anzahl an "Treppenstufen" in einem Siedediagramm ist eine mehr oder weniger feste, bauartabhängige Geräte-Größe). Man bemerke, dass das auch nicht zwingend 100% Trennung bedeutet! Auch dein lähmend langsames Destillieren ist kein Garant für "vollständig", nur "halt so gut wie es das Ding bestenfalls kann" - wenn überhaupt: denn wenig "anheizen" bedeutet auch wenig Rückfluss und damit wenig Trennung. Hat somit wenig Mehrnutzen.

Statisch dem Rückfluss zusehen ist natürlich nicht sehr produktiv, man will ja Destillat entnehmen. Jede Entnahme stört aber das Gleichgewicht der Kolonne. Der "entgegengesetzte" Grenzfall zum reinen Rückfluss wäre es gibt 0% Rückfluss, alles strömt durch. Dann hast du keine zusätzliche Wirkung einer Kolonne mehr sondern nur eine einfache Destillation (=ein Treppchen). Zwischen 100% und 0% Rückfluss möchte man nun eben einen definierten Punkt und damit eine definierte und konstante Trennleistung einstellen - das tut man indem man am Kolonnenkopf eine definierte Menge an Destillat entnimmt (und nicht einfach alles was es jetzt rüber schafft)

Wenn die Kolonne nicht isoliert ist, dann hast du immer irgend einen unkontrollierten Rückfluss weil es unterwegs schon auf halber Strecke kondensiert. Halbe Strecke bedeutet aber weniger Trennleistung, deine Kolonne wurde eben trennleistungsmäßig um die Hälfte gekürzt! Ohne Kolonnenkopf ist das halt trotzdem die einzige Möglichkeit überhaupt einen Rückfluss und somit Trennung zu schaffen. Eine gut isolierte Kolonne ohne Kopf/Rücklaufteiler verkommt aber auch nur zum Dampfrohr, da drin gibt's auch keinen Rückfluss und somit keine Trennleistung.

Die Kolonne soll eben trennen und nicht kondensieren

Hoffe damit sind die Zusammenhänge klar.

P.s.: hier findet man zB ein real gemessenes Siedediagramm:
https://www.researchgate.net/figure/Boi ... _259470569
Da oben geht es echt eng zu wenn man sich dem azeotropen Punkt nähert…

[lemmi]

Jetzt frag ich auch mal, denn das mit der Wirkung der Kolonne kommt mir immer widersprüchlich vor!

Die Kolonne soll eben trennen und nicht kondensieren

Wie soll sie ein Gemisch trennen, wenn nicht ein Teil ( der schwersiedende) kondensiert?

Ich stelle mir immer vor: die schwerwiegenden Teile kondensieren weiter unten in der Kolonne, die Leichtdierenden schaffen es bis oben.

Dazu muss aber doch ein Temperaturgradient über der Kolonne herrschen.

Was es bringt, mit Hilfe eines Kopfes nur einen Teil dessen was oben rauskommt zu entnehmen, ist mir immer noch nicht klar

Hier hast du mal demonstriert, das eine unisolierte Kolonne mit Raschigringen ohne Kolonnenkopf am praktikabesten ist. Seither mache ich das immer so

[Schnippschnapp]

https://de.aliexpress.com/item/1005004644471400.html?

das soll wohl auch einer sein...nur bischen komisch mit dem Knick, da teilt sich der Rückfluss wohl 50/50 auf...weiss nicht, was es sonst sein soll..vielleicht haben die auch irgendwo die minimal-Ausführung, aber bei den Phantasienamen findet man ja nur mit Glück was...

[mgritsch]

Wie soll sie ein Gemisch trennen, wenn nicht ein Teil ( der schwersiedende) kondensiert?

natürlich soll etwas (alles) kondensieren. Aber nicht indem die Kolonne als Kondensor/Kühler missbraucht wird.

Ich stelle mir immer vor: die schwerwiegenden Teile kondensieren weiter unten in der Kolonne, die Leichtdierenden schaffen es bis oben.

Ist im Prinzip so. Aber: eine Kolonne ist nicht ein "fraktionierender Kondensor" in dem halt in verschiedenen Temperaturbereichen verschiedene Fraktionen abgeschieden werden, sondern ein dynamisches System, denn:

Dazu muss aber doch ein Temperaturgradient über der Kolonne herrschen.

verwechsle hier nicht Ursache und Wirkung. Der Temperaturgradient wird nicht von außen vorgegeben, sondern er stellt sich durch das Gleichgewicht selbst ein! Oben tropft Kondensat aus einem Rückflusskühler rein - dadurch dass du zum Verdampfen der leichtsiedenden Komponente Wärme verbrauchst, wird es oben automatisch kühler. Unten kondensiert Schwersieder, gibt dabei Kondensationswärme ab, damit wird es unten wärmer. Auch eine nach außen perfekt isolierte Kolonne wird so einen Temperaturgradienten aufbauen. Natürlich nur WENN du oben den Rückfluss auch wieder nach unten schickst

Was es bringt, mit Hilfe eines Kopfes nur einen Teil dessen was oben rauskommt zu entnehmen, ist mir immer noch nicht klar

siehe oben, du ermöglichst der Kolonne ihre Arbeit zu tun. Trennung erfolgt nur durch Wechselwirkung von Dampf und Kondensat, nicht durch einfach alles raus ziehen was in einem Temperaturbereich kondensiert.

Hier hast du mal demonstriert, das eine unisolierte Kolonne mit Raschigringen ohne Kolonnenkopf am praktikabesten ist. Seither mache ich das immer so

Ohne Kolonnenkopf (€€€) ist das eben die pragmatische Lösung mit der man auch "ein Ergebnis" erhält. Die Kolonne macht den Job des Kondensors mit, indem sie Wärme zur Umgebung abgibt. Das ganze zum Preis dass du Wirkung verlierst, siehe was ich Schnappi schon erklärt hatte. Hätte ich einen Kolonnenkopf, wäre die Trennwirkung wohl um 50% oder noch mehr besser. Lohnt die Mehr-Leistung den Aufwand? für 99% der Anwendungsfälle nein.