Was geschieht bei der Destillation?

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derwo
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Registriert: 20. Okt 2018, 21:35

Was geschieht bei der Destillation?

Beitrag von derwo »

Kurze Antwort:

Alkohol (Ethanol) ist flüchtiger als Wasser. Der Dampf einer kochenden alkoholhaltigen Lösung hat dadurch mehr Alkohol als die Lösung. Der also alkoholreichere Dampf wird dann kondensiert.


Etwas genauer:

Jedes Mischungsverhältnis von Alkohol und Wasser hat einen bestimmten Siedepunkt. Und jede Dampftemperatur eine bestimmte Alkoholstärke. Deutlich macht es folgendes Siedediagramm, die theoretische Grundlage der Destillation von Mischungen aus Alkohol und Wasser:
Siedediagramm
Siedediagramm
vapor chart feiner.pdf
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ZB Maische 10%:
- von 10% hoch zur blauen Linie ergibt 93°C. 10% kocht also bei 93°C. Der Dampf hat dann auch 93°C.
- nun von 93°C rechts rüber zur roten Linie ergibt 53%. 93°C heißer Dampf hat also 53% Alkohol.
Der Alkoholgehalt wird durchs Destillieren also von 10% auf 53% gesteigert.
Dieses Verhältnis von Dampftemperatur und Dampfalkoholgehalt ist unveränderlich. 93°C hat unter Normaldruck und vorbehaltlich anderer Stoffe als Wasser und Ethanol immer 53%. Auch bei einer Refluxdestille.

Da also mehr Alkohol als Wasser die Destille verlässt, wird der Alkoholgehalt im Kessel immer niedriger. Dadurch steigt die Siedetemperatur und sinkt der Alkoholgehalt des Dampfes. ZB bei nur noch 5% im Kessel: ca 96°C und 37%. Der Dampf hat aber also immer noch mehr Alkohol als der Kesselinhalt. Solange, bis nur noch Wasser im Kessel ist. Dann ist der Alkoholgehalt des Dampfes 0% und die Temperatur 100°C.

Ergänzung: Durch stärkere oder schwächere Beheizung kann der Siedepunkt also nicht beeinflusst werden. Alleine die Zusammensetzung des Kesselinhalts entscheidet darüber, bei welcher Temperatur er kocht. Wenn man die Heizleistung reduziert und daher die Temperatur des Kesselinhalts sinkt, hört er auf zu kochen und es kommt kein Destillat mehr. Wenn man die Heizleistung erhöht, erhöht man nicht die Temperatur der Maische, sondern die Dampf- und damit Destillatmenge pro Zeit.


Weiterführende Details:

1. Über 97.2vol% Alkohol ist das anders. Denn Ethanol und Wasser bilden dort ein Azeotrop. Das bedeutet, 97.2vol% hat einen niedrigeren Siedepunkt als 100vol%. Also nicht alle Siedepunkte der Mischungsverhältnisse befinden sich zwischen dem Siedepunkt von reinem Wasser (100°C) und dem von reinem Ethanol (78.5°C), sondern es gibt einen kleinen Bereich, bei welchem der Siedepunkt etwas niedriger ist: Der Siedepunkt von 97.2vol% Ethanol ist bei 78.2°C, also 0.3°C "zu niedrig". (Dieser Bereich ist bei dem obigen Bild vom Siedediagramm einfach weggelassen worden.)
Das hat zur Folge, daß mit herkömmlicher Destillation kein höherer Alkoholgehalt als 97.2% erreicht werden kann. Die 97.2% sind das theoretische Maximum, das auch nach unendlich vielen Destillationen ganz knapp (asymptotisch) nicht erreicht werden kann.

2. Je nach Destillenaufbau kann sich der Dampf auf dem Weg von der Maischeoberfläche zum Geistrohr mehr oder weniger abkühlen. Vor allem am Anfang der Destillation, wenn der Deckel und das Steigrohr noch kalt sind. Dadurch findet Rektifikation statt. Das heißt ein Teil des Dampfes fließt zurück in Richtung Kessel und wird durch den aufsteigenden Dampf ein weiteres Mal destilliert. Das bedeutet: 10% kocht zwar bei 92.5°C und an der Oberfläche des Kesselinhalts hat der Dampf auch 56% Alkohol, aber am Knick zum Steigrohr hat der Dampf etwas mehr Alkohol und eine etwas niedrigere Temperatur. Durch diese "Rektifikation" hat man also nun ein etwas alkoholstärkeres Destillat.
Das ist der Grund, warum ein Thermometer am Knick zum Geistrohr deutlich sinnvoller ist, als eines im Kessel. Nur am höchsten Punkt des Dampfes kann man mit dem Temperaturwert zuverlässig auf den Alkoholgehalt des Destillats schliessen.

3. Wir destillieren ja nicht nur Ethanol und Wasser. Die andere Verbindungen haben auch einen Einfluss auf die Siedetemperatur. Am deutlichsten ist dies, wenn die Maische viel Vorlauf hat. Dieser drückt den Siedepunkt der Mischung nach unten. Es kommen also schon bei niedrigeren Temperaturen die ersten Tropfen aus dem Kühler.
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Hügelwilli
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Re: Was geschieht bei der Destillation?

Beitrag von Hügelwilli »

Hier eine realitätsnahere Kurve als die oben gepostete:
Screenshot (23).jpg
In höherer Auflösung und plus zwei andere Kurven als download:
download/file.php?id=273
Aus dem Thema Siedediagramm / Siedelinse / vapor chart


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