Destillation

[b.b]

Kann mir jemand bei dem Problem mit dem Teilchenmodell helfen?

Und zwar die Deutung des Siedediagramms der Kopftemperatur bei der
Destillation von einem Ethanol-Wasser-Gemisch mithilfe des Teilchenmodells.

Warum steigt die Temperatur wieder an, nachdem der Alkohol vollkommen verdampft ist und die Temperatur zuvor am sinken war?

THX

[cyclobutan]

Hallo!

Also, so wie ich das verstehe, kondensiert bei der Destillation eines Alkohol-Wasser-Gemisches solange das Azeotrop am Kolonnenkopf, so lange noch Alkohol in der Vorlage ist. Während dieser Zeit (sofern genug Dampf kondensiert) sollte die Temperatur des Kopfes konstant bleiben, und genau die Gleichgewichtstemperatur des flüssig-gasförmig - Übergangs des Azeotrops anzeigen - sprich, die Siedetemperatur.

Wenn kein Alkohol mehr da ist, muss sich zunächst einmal die Mischung in der Vorlage weiter erwärmen, solange, bis das Wasser siedet und übergehen kann. In dieser Zeit kondensiert praktisch kein Dampf am Kolonnenkopf (weil noch nichts siedet), und dieser kann durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung abkühlen. Ich denke nur dadurch sinkt die Temperatur wieder! Wenn Wasser endlich siedet, kondensiert es wieder am Kopf und dieser erwärmt sich auf die Siedetemperatur von Wasser.

Was genau sollst Du mit dem Teilchenmodell erklären? Die Bildung des Azeotrops? Die Tatsache, dass Ethanol früher siedet als Wasser... ?


Ich hoffe, das hilft Dir weiter.

Viele Grüße,
cyclobutan

[Q.]

Aaaalso...

erst mal das Diagramm:


Bei so einem Gemisch sind die Wechselwirkung zwische verschiedenartigen Teilchen kleiner als zwischen gleichartigen Teilchen, also WW: AA = BB > AB.
Das heißt, daß Ethanol und Wasser weniger stark aneinander "kleben" als reines Wasser oder reines Ethanol. Deswegen bildet sich bevorzugt ein Dampfgemisch mit minimalen Wechselwirkungen, also das Azeotrop. Wenn das Azeotrop nicht gebildet werden kann, weil eine der beiden Komponenten nicht in ausreichender Menge vorhanden ist, muß sich zwangsläufig die Siedetemperatur erhöhen, da die Wechselwirkungen zwischen AA oder BB größer sind und AB - Wechselwirkungen nur noch geringer gebildet werden können.

Q.

[cyclobutan]

Hallo!

Schönes Diagramm!

muß sich zwangsläufig die Siedetemperatur erhöhen, da die Wechselwirkungen zwischen AA oder BB größer sind und AB - Wechselwirkungen nur noch geringer gebildet werden können.

Genau. Nur warum sollte sie vorher sinken? Ich denke das liegt - sollte es sich um einen experimentellen Befund handeln - in der Tat an der Wärmeleitung!


Viele Grüße,
cyclobutan

[Q.]

Hi,

Genau. Nur warum sollte sie vorher sinken? Ich denke das liegt - sollte es sich um einen experimentellen Befund handeln - in der Tat an der Wärmeleitung!

Da am Kopf ohnehin gekühlt wird, ist die wärmeleitung da oben völlig egal. Was mit

Warum steigt die Temperatur wieder an, nachdem der Alkohol vollkommen verdampft ist und die Temperatur zuvor am sinken war

gemeint ist, ist der Temperaturverlauf einer z.B. 50:50-Mischung Wasser/Ethanol bei der Destillation:
Zuerst kommt annähernd reines Ethanol, Siedepunkt 78,3°C,die Konzentrationen nähern sich dabei dem azeotropen Gemisch. Die Wechselwirkungen der Teilchen im gemisch SINKEN dabei (siehe oben) wobei die Siedetemperatur des Gemisches ebenfalls niedriger wird, bis das azeotrope Gemisch bei 78,15°C erreicht ist.
Wenn nicht mehr genug Ethanol verdampfen kann, um das azeot. Gemisch weiter zu bilden, steigt die Temperatur wieder.

Es gibt also KEINE Fraktionen bei dieser Destillation, sondern nur eine erst absinkende und später wieder ansteigende Kopftemperatur.

Q.

[cyclobutan]

Wenn man die Mischung fraktioniert destilliert, kommt zuerst das Azeotrop (konstante Kopftemperatur) und dann die überschüssige Komponente (wieder konstante, aber diesmal höhere Kopftemperatur).

Bei einer einfachen Destillation ist die Dampfphase bei einem niedrigsiedenden Azeotrop (wie im Diagramm oben) immer reicher an der Komponente in Richtung des Azeotrops.

Startet man im oberen Beispiel bei einer Mischung mit x1 = 0.2, dann ist die Dampfphase reicher an x1.

Startet man bei x1 = 0.8, ist der Dampf ärmer an x1 (in Richtung Azeotrop!) und reicher an x2.

In beiden Fällen bewegt sich die Zusammensetzung der flüssigen Phase (bei kontinuierlichem Entfernen der Gasphase durch Kondensation im Kühler) weg vom niedrigsiedenden Azeotrop und die Siedetemperatur steigt - in beiden Fällen - an.

Das Gemisch verhält sich bei Bildung eines Azeotrops also wie ein Dreistoffsystem mit einer dritten niedrigsiedenden Verbindung. Das entspricht also jeweils links und rechts vom Azeotrop der Destillation eines Zweistoff-Systems aus x1 und Azeotrop bzw. x2 und Azeotrop.


Viele Grüße,
Cyclobutan

[Q.]

Warum einfach, wenns auch schwierig geht... Aber wo ist denn die Wärmeleitung auf einmal geblieben *g*

Q.

[cyclobutan]

Hallo,

Aber wo ist denn die Wärmeleitung auf einmal geblieben *g*

Die Wärmeleitung ist die Erklärung, warum die Temperatur nach Abdestillieren des Ethanols sinkt, bevor sie wieder ansteigt. Genau das, was der Originalposter festgestellt hatte!

Wie ich beschrieben habe, steigt die Siedetemperatur kontinuierlich* während der Destillation eines niedrigsiedenden Azeotrops, wie es Wasser/EtOH darstellt und wie es dem gezeigten Siedediagramm entspricht...

Die Tatsache, dass bei einer Fraktionierten Destillation der Stoffmengenstrom zwischen dem Übergehen des Azeotrops und der danach abdestillierten Überschußkomponente nachlässt, solange sich die Vorlage weiter erwärmt, führt dazu, dass sich das Thermomenter (das übrigens nicht gekühlt wird, denn sonst hätte das ja keinen Sinn, außer die Kühlwassertemperatur zu überwachen...) durch Wärmeleitung an die Umgebung abkühlt, und eine niedrigere Temperatur anzeigt.

Die Menge des kondensierenden Dampfes reicht nicht aus, um den Abtransport der Wärme vom Thermometer auszugleichen. Das wollte ich oben schreiben, und da ist die Wärmeleitung immer noch geblieben


*) außerdem geht nie "annähernd reines Ethanol" über...


Viele Grüße,
cyclobutan

[Q.]

außerdem geht nie "annähernd reines Ethanol" über...

stimmt, da hatte ich mich versehen.

Q.

[Gast]

wie sieht ein destillationsapperat aus

[alpha]

http://lmgtfy.com/?q=Destillation

Gruesse
alpha