Chemie: Destillation und Phasenwechsel
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Questions and Answers

Was ist das Hauptprinzip der Destillation?

  • Filtration von Suspensionsgemischen
  • Trennung von flüssigen Gemischen durch unterschiedliche Siedetemperaturen (correct)
  • Trennung von festen Stoffen
  • Vorwärmen von Flüssigkeiten bis zur Siedetemperatur

Welche Aussage über die Verdunstung ist korrekt?

  • Sie kann nicht in offenen Behältern geschehen.
  • Sie erfolgt unabhängig von der Siedetemperatur an der Oberfläche der Flüssigkeit. (correct)
  • Sie ist identisch mit dem Sieden der Flüssigkeit.
  • Sie tritt nur bei Siedetemperatur auf.

Wann beginnt ein Gemisch aus Wasser und Ethanol zu sieden?

  • Immer bei 100 °C
  • Abhängig vom Ethanol- und Wasseranteil im Gemisch (correct)
  • Nur bei max. 150 °C
  • Immer bei 78 °C

Was geschieht, wenn man einer Flüssigkeit Energie zuführt?

<p>Der Dampfdruck der Flüssigkeit erhöht sich. (C)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt das Zweiphasengebiet?

<p>Der Temperaturbereich, in dem Gemische siedet. (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher Schritt folgt nach der Dampfentwicklung in der Destillation?

<p>Kondensation des Dampfes (D)</p> Signup and view all the answers

Wie verhält sich der Dampf einer Flüssigkeit in einem offenen Behälter?

<p>Er kann auch bei niedrigeren Temperaturen gleichmäßig verdampfen. (D)</p> Signup and view all the answers

Was bezeichnet man als Brüden während der Destillation?

<p>Der Dampf der leichter siedenden Stoffe. (B)</p> Signup and view all the answers

Welcher Bodentyp ist besonders geeignet für komplexe Trennaufgaben?

<p>Glockenböden (D)</p> Signup and view all the answers

Welche Eigenschaft charakterisiert Siebböden am besten?

<p>Einfache Konstruktion (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Faktoren werden bei der Auswahl von Trennböden berücksichtigt?

<p>Verunreinigung im Gemisch (D)</p> Signup and view all the answers

Wie funktioniert der Stoffaustausch bei Ventilböden?

<p>Die Ventile öffnen oder schließen sich je nach Dampfmenge. (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Bodentyp ist besonders geeignet für hohe Dampfgeschwindigkeiten?

<p>Siebböden (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über Glockenböden ist korrekt?

<p>Der Dampf wird durch die Glocken gleichmäßig verteilt. (C)</p> Signup and view all the answers

Was unterscheidet Ventilböden von anderen Bodentypen?

<p>Sie haben bewegliche Ventile zur Dampfstromkontrolle. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Rolle spielt die Anzahl der Böden in einer Destillationskolonne?

<p>Die Anzahl der Böden hängt von der Komplexität der Trennaufgabe ab. (B)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit dem Destillat in einer Destillationskolonne?

<p>Es wird in einem separaten Behälter gesammelt. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Lösung kann gewählt werden, wenn die Siedetemperatur des Leichtsieders zu niedrig ist?

<p>Das Kühlwasser durch Kühlsolen ersetzen. (A)</p> Signup and view all the answers

Was zeigt die Siedelinie in einem Siedediagramm für Wasser-Ethanol-Gemisch an?

<p>Die Temperatur, bei der das Gemisch zu sieden beginnt. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie kann der Kolonnendruck angepasst werden, wenn die Siedetemperatur des Schwersieders zu hoch ist?

<p>Er kann gesenkt werden, auch bis in den Vakuumbereich. (B)</p> Signup and view all the answers

Was kann die Abdampfrate in einer Flashbox beeinflussen?

<p>Die Siedetemperatur des Gemischs. (A)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Taulinie in einem Siedediagramm?

<p>Die Temperatur, bei der das letzte Flüssigkeitströpfchen verdampft. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist eine häufige Herausforderung bei der Verwendung einer Flashbox?

<p>Die Stofftrennung ist oft nicht vollständig. (A)</p> Signup and view all the answers

Wie lässt sich die Konzentration von Wasser in einem Gemisch berechnen?

<p>100% - Ethanol-Konzentration = Wasser-Konzentration. (B)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn ein Gemisch mit 50 % Ethanol auf 81,3 °C erhitzt wird?

<p>Die Gasphase hat eine höhere Ethanolkonzentration. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche Parameter können bei der Trennung in der Flashbox frei gewählt werden?

<p>Druck und Abdampfrate. (A)</p> Signup and view all the answers

Welcher der folgenden Faktoren beeinflusst den Gemischdampfdruck von Flüssigkeiten?

<p>Ob die Flüssigkeiten ineinander löslich sind. (C)</p> Signup and view all the answers

Wie viel Benzol bleibt im Rückstand, nachdem das Gemisch aus 3 l Benzol und 7 l Anilin erhitzt wurde?

<p>0,4 l Anilin. (C)</p> Signup and view all the answers

Was beschreibt die Diagonale auf der Gleichgewichtskurve?

<p>Eine 1:1-Verteilung von Gas und Flüssigkeit. (A)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptziel bei der Trennung eines Gemisches in einer Flashbox?

<p>Möglichst große Mengen des Gemisches zu trennen. (D)</p> Signup and view all the answers

Welcher Dampfdruck wird für Wasser bei 20 °C angegeben?

<p>23 mbar. (B)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht, wenn die Flüssigkeiten in einem Gemisch unlöslich sind?

<p>Der Gemischdampfdruck wird vom niedrigeren Dampfdruck bestimmt. (B)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Hauptziel von Rektifikationskolonnen?

<p>Eine höhere Trennschärfe bei schwerer trennbaren Gemischen zu ermöglichen. (B)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit den leicht siedenden Komponenten während des Destillationsprozesses?

<p>Sie verdampfen zuerst und steigen nach oben. (C)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit der Ethanol-Konzentration im Gas nach der ersten Flashbox?

<p>Sie steigt auf 71,2 %. (B)</p> Signup and view all the answers

Welches der folgenden Produkte entsteht aus dem Rückstand bei der Destillation?

<p>Schwer siedende Komponenten. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie verbessert der Rücklauf in einer Rektifikationskolonne die Trennung?

<p>Durch wiederholte Verdampfung und Kondensation. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie viel Ethanol enthält das Gas nach der zweiten Flashbox?

<p>250 kg/h mit 80,5 % Ethanol. (D)</p> Signup and view all the answers

Was ist ein entscheidender Unterschied zwischen Destillationskolonnen und Rektifikationskolonnen?

<p>Rektifikationskolonnen ermöglichen eine komplexere Trennung mit Rücklauf. (D)</p> Signup and view all the answers

Welches Prinzip wird in den Flashboxen angewendet?

<p>Kondensation von 50 % und Verdampfung von 50 %. (D)</p> Signup and view all the answers

Welches Endprodukt befindet sich normalerweise oben in einer Rektifikationskolonne?

<p>Destillat mit leicht siedenden Komponenten. (D)</p> Signup and view all the answers

Was passiert mit der Ethanol-Konzentration bei jeder weiteren Flashbox?

<p>Der Konzentrationssprung wird kleiner. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche Aussage über die Verwendung von Flashboxen ist korrekt?

<p>Flashboxen ermöglichen eine höhere Trennung, als es mit einer einzelnen Box möglich wäre. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist der Hauptunterschied zwischen Destillation und Rektifikation?

<p>Destillation beinhaltet keinen Rücklauf. (B)</p> Signup and view all the answers

Welche Menge Gas wird in der ersten Flashbox verarbeitet?

<p>500 kg/h. (C)</p> Signup and view all the answers

Was ist das Endresultat nach fünf Flashboxen bezüglich der Ethanol-Konzentration?

<p>Ethanol-Konzentration steigt auf 84,6 %. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie werden die Endprodukte bei einer Rektifikationskolonne verteilt?

<p>Leicht siedende Produkte befinden sich oben, schwer siedende unten. (D)</p> Signup and view all the answers

Was geschieht im Kondensator einer Destillationsanlage?

<p>Der Dampf wird kondensiert und wird zum Destillat. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie hoch war die Ethanol-Konzentration im Flüssigkeitsstrom nach der ersten Flashbox?

<p>28,8 %. (C)</p> Signup and view all the answers

Welcher Faktor beeinflusst die Konzentration des Ethanols in den Gasphasen?

<p>Die Menge des kondensierten Gases. (C)</p> Signup and view all the answers

Wie viel Flüssigkeit wird nach der zweiten Flashbox produziert?

<p>250 kg/h mit 61,5 % Ethanol. (C)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Destillation

Ein Verfahren, bei dem flüssige Gemische durch unterschiedliche Siedetemperaturen ihrer Bestandteile getrennt werden.

Einphasige Gemische

Flüssigkeiten, die aus nur einer Phase bestehen (z.B. Wasser).

Mehrphasige Gemische

Flüssigkeiten mit mehreren Phasen (z.B. Öl und Wasser).

Siedetemperatur

Die Temperatur, bei der ein Stoff von flüssig zu gasförmig übergeht.

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Dampfdruck

Der Druck, den ein Stoff im gasförmigen Zustand auf die umgebende Flüssigkeit ausübt.

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Verdunstung

Der Vorgang, bei dem eine Flüssigkeit von der Oberfläche in die Gasphase übergeht.

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Destillationsrückstand

Der flüssige Teil, der nach der Destillation im Behälter verbleibt.

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Destillationsvorgang

Der gesamte Prozess der Destillation, bei dem die verschiedenen Bestandteile des Gemischs getrennt und gesammelt werden.

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Taupunkt

Die Temperatur, bei der das letzte Flüssigkeitströpfchen verdampft ist.

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Siedelinie

Gibt an, bei welcher Temperatur das Gemisch zu sieden beginnt.

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Taulinie

Gibt an, bei welcher Temperatur das letzte Flüssigkeitströpfchen verdampft ist.

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Destillat

Die Flüssigkeit, die während der Destillation gesammelt wird.

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Destillationsrückstand (Flashbox)

Die flüssige Phase, die nach der Flashbox übrig bleibt.

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Destillat (Flashbox)

Die gasförmige Phase, die nach der Flashbox abgezogen wird.

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Druck in der Flashbox

Der Druck, der innerhalb der Flashbox herrscht. Er bestimmt, bei welcher Temperatur die erste Gasblase aufsteigt.

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Trennwirkung in der Flashbox

Die Trennung eines Gemischs in seine Bestandteile durch Verdampfung und anschließende Kondensation.

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Wahl der Parameter in der Flashbox

Zwei Parameter können frei gewählt werden, der dritte stellt sich automatisch ein. Dies ermöglicht die gezielte Steuerung des Prozesses.

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Gemischdampfdruck

Der Dampfdruck eines Gemischs hängt davon ab, ob die Flüssigkeiten darin sich gegenseitig lösen oder nicht.

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Gemischdampfdruck (unlöslich)

Der Dampfdruck eines Gemischs aus zwei unlöslichen Flüssigkeiten ist die Summe der Dampfdrucke der reinen Flüssigkeiten.

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Gleichgewichtskurve

Grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Stoffmengenkonzentration eines Stoffes in der Flüssigkeit und im Dampf.

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Diagonale in der Gleichgewichtskurve

Die Diagonale in der Gleichgewichtskurve zeigt eine 1:1-Verteilung zwischen Flüssigkeit und Dampf an.

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Destillationskolonne

Eine Apparatur zur Trennung von flüssigen Gemischen durch Destillation, wobei das Gemisch durch Heizdampf erhitzt wird.

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Was ist eine Flashbox?

Eine Verfahrensstufe, bei der ein Stoffgemisch in eine Gas- und eine Flüssigphase getrennt wird, indem die Temperatur schnell abgesenkt wird.

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Was passiert mit der Konzentration des Stoffes in der Gasphase bei mehreren Flashboxen?

Die Konzentration des Stoffes, der getrennt werden soll, erhöht sich schrittweise in der Gasphase mit jeder Flashbox.

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Was ist die Siedetemperatur?

Die Temperatur, bei der ein Stoff von flüssig zu gasförmig übergeht.

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Was ist der Dampfdruck?

Der Druck, den ein Stoff im gasförmigen Zustand auf die umgebende Flüssigkeit ausübt.

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Was ist die Verdunstung?

Der Vorgang, bei dem eine Flüssigkeit von der Oberfläche in die Gasphase übergeht.

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Welche Vorteile bietet die Verwendung mehrerer Flashboxen?

Durch mehrfache Flashboxen kann die Konzentration eines Stoffes in der Gasphase schrittweise erhöht werden.

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Was passiert in einer einzelnen Flashbox?

Die Hälfte der Gasphase wird gekühlt und kondensiert, während die andere Hälfte als Gas weitergeleitet wird.

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Was passiert mit dem Konzentrationssprung mit jeder Flashbox?

Die Konzentrationssprung in der Gasphase wird bei jeder weiteren Flashbox geringer.

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Wie wird die gewünschte Konzentration des Stoffes erreicht?

Der Konzentrationssprung wird mit jeder weiteren Flashbox kleiner, bis die gewünschte Konzentration erreicht ist.

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Wie sieht das Prinzip der Flashbox-Trennung aus?

50 % Kondensation der Gasphase und 50 % Verdampfung der Flüssigkeitsphase in jeder Stufe.

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Rektifikation

Ein Verfahren, bei dem eine flüssige Mischung durch wiederholte Verdampfung und Kondensation in eine Kolonne mit mehreren Böden oder Füllkörpern getrennt wird.

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Rücklauf

Der Teil des kondensierten Dampfes, der in die Kolonne zurückgeführt wird, um die Trennung zu verbessern.

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Austauschböden / Füllkörper

Mehrere Böden oder Füllkörper in einer Kolonne, die den Kontakt zwischen Dampf und Flüssigkeit erhöhen und so die Trennung verbessern.

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Leicht siedende Komponenten

Die Bestandteile eines Gemischs mit dem niedrigeren Siedepunkt, die in der Destillation oder Rektifikation gasförmig werden und oben in der Kolonne abgezogen werden.

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Schwer siedende Komponenten

Die Bestandteile eines Gemischs mit dem höheren Siedepunkt, die in der Destillation oder Rektifikation flüssig bleiben und unten in der Kolonne abgezogen werden.

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Flashboxen hintereinanderschalten

Ein Gerät, das in mehreren Schritten die Trennung von flüssigen Gemischen durch Flash-Verdampfung verbessert.

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Böden in einer Destillationskolonne

Die Böden in einer Destillationskolonne ermöglichen den Stoffaustausch zwischen Dampf und Flüssigkeit.

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Anzahl der Böden in der Kolonne

Je komplexer die Trennung, desto mehr Böden werden benötigt.

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Flashbox

Ein Gerät, bei dem ein Flüssigkeitsstrom unter Druck gesetzt wird und dann plötzlich entlastet wird, wodurch ein Teil des Flüssigkeitsstroms verdampft.

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Arten von Trennböden

Glockenböden, Ventilböden und Siebböden sind gängige Arten von Trennböden.

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Fraktionierte Destillation

Die Trennung eines Gemischs in verschiedene Fraktionen durch unterschiedliche Siedepunkte

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Funktionsweise von Glockenböden

Der Dampf durchströmt die Glocke und verteilt sich gleichmäßig in der Flüssigkeit.

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Funktionsweise von Siebböden

Siebböden ermöglichen einen direkten Durchfluss des Dampfes und intensive Durchmischung der Flüssigkeit.

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Funktionsweise von Ventilböden

Ventilböden passen sich veränderlichen Dampfmengen an und sorgen so für einen kontrollierten Stoffaustausch.

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Vorteile und Nachteile von Ventilböden und Siebböden

Ventilböden sind vielseitig einsetzbar, Siebböden hingegen sind kostengünstig und einfach zu reinigen.

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Faktoren bei der Auswahl des Bodentyps

Die Wahl des Bodentyps hängt von den Eigenschaften der zu trennenden Stoffe und den Anforderungen der Trennung ab.

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Study Notes

Destillation

  • Verfahren zur Trennung flüssiger Gemische, basierend auf unterschiedlichen Siedetemperaturen der Bestandteile.
  • Geeignet für einphasige (homogene) Gemische, für mehrphasige Gemische oft andere Verfahren besser.
  • Kann einstufig oder mehrstufig (Rektifikation) durchgeführt werden.

Flüssigkeitsverhalten in offenen Behältern

  • Flüssigkeiten verdunsten an der Oberfläche, selbst unterhalb des Siedepunkts.
  • Verdunstung: Moleküle verlassen die Flüssigkeit.

Energiezufuhr und Dampfdruck

  • Jede Flüssigkeit besitzt einen Dampfdruck.
  • Steigende Energiezufuhr steigert den Dampfdruck.
  • Dampf kann sich durch Abkühlung verflüssigen (Kondensat).

Flüssigkeitsverdampfung

  • Flüssigkeiten verdampfen, wenn der Dampfdruck den Umgebungsdruck erreicht.
  • Sieden: Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.

Zweiphasengebiet

  • Reinstoffe verdampfen oder kondensieren bei einer festen Temperatur.
  • Gemische sieden in einem Temperaturbereich.
    • Untere Grenze: Siedepunkt des ersten verdampfenden Bestandteils.
    • Obere Grenze: Siedepunkt des letzten verdampfenden Bestandteils.
  • Siedepunkt ist temperaturabhängig von der Zusammensetzung.

Ablauf der Destillation

  • Erhitzung: Flüssigkeit wird erhitzt, bis sie siedet.
  • Dampfentwicklung: Leicht siedende Stoffe verdampfen und steigen auf. Diese werden "Brüden" genannt.
  • Kondensation: Der Dampf wird abgekühlt und verflüssigt sich im Kondensator.
  • Destillatgewinnung: Das kondensierte Produkt (Destillat) wird gesammelt. Das Ergebnis ist ein Produkt, das hauptsächlich aus den leichtflütigen Komponenten besteht.

Normalbetrieb von Destillationskolonnen

  • Kolonnenkopf wird mit Kühlwasser gekühlt.
  • Im Sumpf wird die Kolonne mit Dampf erhitzt.

Flashbox-Stofftrennung

  • Trennung von Stoffgemischen.
  • Die Konzentrationen in der Gas- und Flüssigkeitsphase können je nach Wunsch angepasst werden.
  • Parameter zur Einstellung der Flashbox:
    • Abdampfrate
    • Temperatur
    • Druck.

Gemischdampfdruck

  • Der Gemischdampfdruck ist abhängig davon, ob die Flüssigkeiten mischbar sind,

  • Bei mischbaren Flüssigkeiten (A + B):

    • Der Dampfdruck ergibt sich aus der Summe der Partialdrücke der beteiligten Komponenten.

  • Bei unmischbaren Flüssigkeiten (A + B):

    • Der Dampfdruck entspricht der Summe der beiden einzelnen Dampfdrucke der Komponenten.

Gleichgewichtskurven

  • Veranschaulichen den Zusammenhang zwischen dem Stoffmengenanteil in der Flüssigkeit (x) und im Dampf (y).
  • Die Diagonale steht für den 1:1 Zustand in Flüssigkeit und Dampf.

Destillationskolonnen

  • Mehrere Stufen zur Trennung von Stoffgemischen.
  • Stoffaustausch zwischen Flüssigkeiten und Dampf.
  • Aufbau mit Böden (z.B.: Gitterböden, Ventilböden, Glockenböden).
    • Führ den Stoffaustausch zwischen Dampf und Flüssigkeit und fördern somit die Trennung zwischen den flüchtigen Komponenten.
  • Trennung nach Siedepunkten der Komponenten.
    • Leicht siedende Komponenten im Kopf.
    • Schwer siedende Komponenten im Boden.

Rektifikation:

  • Mehrstufige Destillation.
  • Optimierter Trennungsprozess (durch Rücklauf).
  • Bessere Trennschärfe.
  • Höhere Effizienz durch Energieeffizienz und Platzersparnis.

McCabe-Thiele-Diagramm

  • Graphische Darstellung des Trennvorganges in Rektifikationskolonnen.
  • Darstellung der Trennstufen.
  • Je Trennstufe entspricht einer weiteren Destillation.
  • Linie zeigt Konzentrationsverhältnis von leichter und schwerer Komponente in Dampf und Flüssigkeit.
  • Diagonal zeigt den Punkt wo Zusammensetzung von Dampf und Flüssigkeit gleich ist.
  • Böden sind mit Treppenstrichen dargestellt, welche zeigen, welche Trennungen effektiv bei welchem Boden stattfinden.

Bodenmodelle in Destillationskolonnen

  • Unterschiedliche Bodenarten:
    • Siebböden (Gitterböden)
    • Ventilböden
    • Glockenböden
  • Auswahl der Böden:
    • Trennschärfe.
    • Energieeffizienz.
    • Kosten.

Packungen in Destillationskolonnen

  • Funktion ähnlich wie Füllkörper.
  • Hohe spezifische Oberfläche.
  • Exakter Aufbau an die Kolonnenmaße.
  • Größere Effizienz als Füllkörper.

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Description

In diesem Quiz werden wichtige Konzepte der Destillation und Verdunstung behandelt. Teste dein Wissen über die Merkmale von Flüssigkeiten, Dampfentwicklung und die verschiedenen Phasen, die bei der Destillation auftreten. Ideal für Studierende der Chemie und alle Interessierten an physikalischen Prozessen.

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