CM, selektive Kondensierung

Praxis und Theorie der Destillation. Sowohl Fragen zu und Berichte von Destillationen als auch theoretische Erklärungen und Überlegungen
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derwo
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von derwo »

azeotrop hat geschrieben: 2. Feb 2021, 12:31 Wenn man auch die Fälle mit stark gestörtem Gleichgewicht in die Betrachtung einbezieht, muss man fairerweise sagen dass alles möglich wird. Analytisch wird man das schwer fasen können.
Deswegen habe ich ja vorgeschlagen dass die Verfechter der selektiven Kondensation genauer beschreiben was sie darunter Verstehen und unter welchen Umständen das Verhalten auftritt.
Ich bezeichne mich zwar nicht als Verfechter dieser Idee, aber ich habe ja damit angefangen. Also: Unter selektiver Kondensation verstehe ich, daß dasselbe, was beim teilweise Verdampfen passiert auch beim teilweise Kondensieren passiert: Die Alkoholgehalte ändern sich. Also beim teilweise Verdampfen hat der Dampf eine höhere Alkholstärke als die Flüssigkeit und daher sinkt der Alkoholgehalt in der Flüssigkeit. Und selektive Kondensation wäre, wenn man Dampf teilweise kondensiert und das Kondensat dann eine niedrigere Alkoholstärke hat als der Dampf. In der Praxis passiert das auf den ersten Blick in jeder passiv gekühlten Kolonne; daß nämlich das, was die Kolonnenwand runterrinnt, weniger % hat, als der Dampf, der oben ankommt. So wird das ja auch oft (unwissenschaftlich) erklärt: "An der Kolonnenwand kondensieren die weniger flüchtigen Bestandteile und fließen in den Kessel zurück" oder so ähnlich, lesbar auf Seiten wie whisky.de. Es kann aber genauso gut Rektifikation sein, was diesen Effekt erzeugt: Also an der Kolonnenwand kondensiert dieselbe Alkoholstärke, wie der Dampf hat, und nur durch erneutes Verdampfen findet eine Auslaugung des Kondensats statt.
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derwo
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von derwo »

Ich sehe in der Anlage von der pdf auch keinen Hinweis in diese Richtung.
So wie ich die Anlage verstehe, ist es eine gekühlte Kolonne, welche anstelle mit Packung mit Fluten betrieben wird. Das untere Ende von der Kolonne ist so eng, daß je nach Dampfgeschwindigkeit der Reflux am Abfließen gehindert wird. Je nach Dampfgeschwindigkeit (und Durchmessers der Verengung) füllt sich die Kolonne höher oder weniger hoch. Je höher desto größer die Rektifikationswirkung. Eigentlich keine schlechte Idee. Aber das Ergebnis überzeugt nicht: aus 30mol% Dampf wird nach der Kolonne gerade mal so 50mol%. Das ist weniger als eine Destillationsstufe. Außerdem spielt dieses System mit dem an sich gefährlichen Fluten. Also eine große Anlage müsste komplett aus Glas sein, damit man den Füllstand der Kolonne beobachten kann. Man könnte mit Edelstahl-Absperrhahn unter der Kolonne die Füllhöhe der Kolonne und damit deren Wirkungsgrad regeln ohne die Heizleistung verändern zu müssen.

(Zusätzlich hat diese Anlage die Möglichkeit, den Reflux abzuziehen.)


Edit: In der pdf kommt aber ein neuer Begriff vor, der genau unsere Frage betrifft: "fractional condensation". Das findet auch google. Mal schaun, was.
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Alk52
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von Alk52 »

Hier die Deutsche Patentschrift
DE000001519594C_all_pages.pdf
(279.92 KiB) 21-mal heruntergeladen
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geHeimBrenner
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von geHeimBrenner »

Nur mal so als Gedankengang für einen möglichen Versuchsaufbau:
derwo hat geschrieben: 2. Feb 2021, 14:37 Ich bezeichne mich zwar nicht als Verfechter dieser Idee, aber ich habe ja damit angefangen. Also: Unter selektiver Kondensation verstehe ich, daß dasselbe, was beim teilweise Verdampfen passiert auch beim teilweise Kondensieren passiert: Die Alkoholgehalte ändern sich. Also beim teilweise Verdampfen hat der Dampf eine höhere Alkholstärke als die Flüssigkeit und daher sinkt der Alkoholgehalt in der Flüssigkeit. Und selektive Kondensation wäre, wenn man Dampf teilweise kondensiert und das Kondensat dann eine niedrigere Alkoholstärke hat als der Dampf.
Wäre genau dieses Verhalten nachweisbar wenn man z.B. den Edelstahl-Baukasten von Alk52 (oder verwechsle ich da die Mitforisten gerade? Wenn ja dann sorry!) nach der 90-Grad-Biegung am oberen Ende der Kolonne noch um ein Kreuzstück mit Kühlfinger ergänzen würde?
Hier mal ein kleines Schaubild (ja, mein Paint-Talent ist noch ausbaufähig ...):
Screen.png
Screen.png (5.27 KiB) 124 mal betrachtet
Oben im Kreuzstück befindet sich ein Kühlfinger welcher so eingestellt wird das nur ein Teil des Dampfes kondensiert. Der Rest wandert weiter zum Liebig-Kühler.
Der Dampf kann ab der höchsten Stelle nicht mehr zurück und wird durch keine Faktoren mehr beeinflusst. Theoretisch - sofern es keine selektive/partielle/"fractional" Kondensation gibt - müsste an beiden Ausgängen nun Kondensat mit der selben Alkoholstärke auftreten.
Andernfalls sollte am Liebig höhere Alkoholstärke anliegen als an der Abzweigung - was einem Nachweis des von derwo beschriebenen Verhaltens schon recht nahe kommen sollte: es wird am Kühlfinger erst mal mehr Wasser als Ethanol kondensiert.
Man müsste dann auch folgendes Verhalten beobachten können: wenn ohne Kühlfinger gebrannt wird müsste sich nach "Aktivierung" des Kühlfingers kurzfristig die Alkoholstärke am Liebig erhöhen - auch das ist nach meinem Verständnis des Prozesses nur zu erklären wenn am Kühlfinger mehr Wasser als Ethanol kondensiert, es gibt ja sonst keinen Faktor der im Zeitablauf die Alkoholstärke nochmals höhertreiben würde.
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Alk52
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von Alk52 »

@ geheimBrenner
Verwechselt hast Du mich nicht, aber ich halte den Versuch nur bedingt für durchführbar, weil der Aufbau nie genau wagerecht zu realisieren ist.
Und ich habe auch keinen Kühlfinger. Ja, ich könnte meine RK auf dem T-Stück plazieren, aber es wird uns nicht weiter helfen, weil das was wir sehen werden, haben wir schon umgekeht untersucht. Hier der link zu dem für mich entscheidenden Post: hier die Grafik.

Etwas weiter oben hatte ich über das Sieden im ausgeschalteten Kühler berichtet und hier noch einmal aufgegriffen.
In der Grafik (PowerPoint ist einfacher als Paint) habe ich es visualisiert.
Wenn es im ausgeschalteten PK siedet und unten weniger vol% herauskommen, dann kann es keine partielle Kondensation sein, weil das Wasser einen höheren Siedepunkt hat als der Dampf bzw. das Kondensat.

'Wo' hat die Messungen wiederholt und die Verdünnung des Destillates nebenfalls nachgemessen.

Edit: Link angepasst
Zuletzt geändert von Alk52 am 4. Feb 2021, 12:32, insgesamt 2-mal geändert.
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derwo
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von derwo »

Das war meine Versuchsreihe mit an- und ausgeschaltetem Refluxkühler, gemessen wurde das Destillat:
derwo hat geschrieben: 4. Jun 2020, 22:43 1. Sample (vor dem Ausschalten des Kühlwassers): 36vol%
2. Sample (während auch Dampf aus dem Kühler kommt): 18vol%
3. Sample (sobald sich nach Einschalten des Kühlwassers wieder alles normalisiert hatte): 34vol%
Bei Nr.2 wurde der Dampf nur partiell kondensiert. Und dabei kam eine niedrigere Alkoholstärke raus. Also -denkt man- wurde selektiv mehr Wasser als Alkohol kondensiert (was aufgrund des höheren Siedepunkts von Wasser auch logisch erscheint). Genauso gut kann die niedrigere Alkoholstärke aber auch daher gekommen sein, daß das Kondensat (welches also dieselbe Alkoholstärke wie der Dampf hatte) teilweise wiederverdampft ist, also Rektifikation stattgefunden hat.
Also meiner Meinung nach war dieser Versuch nicht -wie Alk52 sagt- ein Beweis, daß es keine selektive Kondensation gibt, sondern ein Hinweis, daß es eine geben könnte.

Ich finde die Skizze von geheimbrenner auf jeden Fall besser als mein Versuch. Aber auch hier würden wir, wenn dann das Kondensat von dem Kühlfinger weniger vol% hat als das Kondensat von dem Liebig, dann wieder diskutieren, ob es nicht doch Rektifikation gewesen ist, was den Effekt verursacht hat.
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Alk52
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von Alk52 »

'Wo' wenn Du widerspruchsfrei, das kurze Sieden im PK nach dem Ausschalten (der PK-Kühlung) und gleichzeitig eine partielle Kondensation von Wasser erklären kannst, dann diskutieren wir weiter.
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von geHeimBrenner »

derwo hat geschrieben: 2. Feb 2021, 19:49 Ich finde die Skizze von geheimbrenner auf jeden Fall besser als mein Versuch. Aber auch hier würden wir, wenn dann das Kondensat von dem Kühlfinger weniger vol% hat als das Kondensat von dem Liebig, dann wieder diskutieren, ob es nicht doch Rektifikation gewesen ist, was den Effekt verursacht hat.
Rektifikation sollte man ja ausschließen können da nach dem Kühlfinger nichts mehr verdampfen kann. Alles was hier kondensiert ist bleibt kondensiert da von unten keine neue Hitze erzeugt wird. Deshalb denke ich dass diese Konstruktion weniger "fehleranfällig" sein könnte.
Es wird am Eingang mit Dampf bei einer bestimmten Temperatur gearbeitet und die Temperatur nimmt im weiteren Verlauf in Flussrichtung nur noch ab. Alles was am Kühlfinger kondensiert wird direkt abgezogen und sollte so nicht mehr rektifizieren können. Zumindest in der Theorie ...
Ein echter Beweis ist das natürlich auch nicht, es könnte nur einen Verdacht etwas festigen.
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derwo
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von derwo »

Alk52 hat geschrieben: 2. Feb 2021, 20:25 'Wo' wenn Du widerspruchsfrei, das kurze Sieden im PK nach dem Ausschalten (der PK-Kühlung) und gleichzeitig eine partielle Kondensation von Wasser erklären kannst, dann diskutieren wir weiter.
Das Siedegeräusch ist ein starkes Indiz oder höchstwahrscheinlich auch ein Beweis, daß Rektifikation stattfindet. Daß zusätzlich keine selektive Kondensierung stattfindet, also vor der Rektifikation, beweist es nicht.

geHeimBrenner hat geschrieben: 2. Feb 2021, 21:25
derwo hat geschrieben: 2. Feb 2021, 19:49 Ich finde die Skizze von geheimbrenner auf jeden Fall besser als mein Versuch. Aber auch hier würden wir, wenn dann das Kondensat von dem Kühlfinger weniger vol% hat als das Kondensat von dem Liebig, dann wieder diskutieren, ob es nicht doch Rektifikation gewesen ist, was den Effekt verursacht hat.
Rektifikation sollte man ja ausschließen können da nach dem Kühlfinger nichts mehr verdampfen kann. Alles was hier kondensiert ist bleibt kondensiert da von unten keine neue Hitze erzeugt wird. Aber heißer Dampf strömt vorbei, während das Kondensat den Kühlfinger runterrinnt. Deshalb denke ich dass diese Konstruktion weniger "fehleranfällig" sein könnte.
Es wird am Eingang mit Dampf bei einer bestimmten Temperatur gearbeitet und die Temperatur nimmt im weiteren Verlauf in Flussrichtung nur noch ab. Alles was am Kühlfinger kondensiert wird direkt abgezogen und sollte so nicht mehr rektifizieren können. Zumindest in der Theorie ... Die Zeit und Oberfläche für Rektifikation ist zumindest wesentlich geringer. Aber halt nicht 0.
Ein echter Beweis ist das natürlich auch nicht, es könnte nur einen Verdacht etwas festigen.
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derwo
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Re: CM, selektive Kondensierung

Beitrag von derwo »

Ich habe nun zahlreiche pdfs, welche ich mit der Suchanfrage "fractional condensation" gefunden habe, durchgelesen. Es ist leider nichts für uns dabei.

Entweder geht es um genau das, was wir mit dem ungekühlten Liebigkühler gemacht haben: der Dampf wird teilweise kondensiert und teilweise weitergeleitet, das Kondensat hat dann eine andere Zusammensetzung wie der ursprüngliche Dampf, und es wird nicht erklärt, welche physikalischen Vorgänge genau das verursacht haben.
Oder es geht um die Kondensation an einer Membran, wo größere Moleküle nicht durchkommen. Ethanol ist ein größeres Molekül als Wasser. Also würde das Wasser hinter der Membran abfließen und das Ethanol davor.

off-topic:
In vielen dieser Schriften geht es auch gar nicht um Destillation in unserem Sinne, sondern oft wird heißes Stickstoffgas (N2) durch eine Substanz geleitet (Birkenrinde zum Beispiel) und irgendwelche Stoffe dabei mitgenommen. Dann wird das Gasgemisch gekühlt. Dabei bleibt der Stickstoff gasförmig, der Rest kondensiert. Und diese Kondensation erfolgt in mehreren Stufen wie in mehreren slobber boxen, deswegen dann eben "fractional condensation".