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Destillation

 

die, -/-en, wichtigstes Verfahren zur Trennung von Flüssigkeitsgemischen. Im Unterschied dazu wird die Abtrennung einer Flüssigkeit von gelösten Feststoffen als Verdampfen oder Abdampfen bezeichnet. Die Destillation kann angewendet werden, wenn die Siedepunkte der zu trennenden Flüssigkeiten verschieden sind, wenn sich keine azeotropen Gemische bilden und wenn bei der erforderlichen Temperatur keine Schädigung der Stoffe eintritt. Ist das nicht der Fall, kann die Destillation oft durch Zusatz eines Hilfsstoffes ermöglicht werden (Azeotropdestillation, Extraktivdestillation). Die Trennbarkeit eines Zweistoffgemisches kann aus dem Siedediagramm abgeleitet werden, das den Zusammenhang zwischen der Flüssigkeits- und der Dampfzusammensetzung angibt. Für das Gemisch Benzol (Siedepunkt 80,1 ºC; das leichter Siedende) und Toluol (Siedepunkt 110,6 ºC; das schwerer Siedende) ergibt sich, dass bei einem Ausgangsgemisch von 50 % Benzol und 50 % Toluol im Dampf eine Anreicherung des Benzols auf etwa 70 % stattfindet. Aus diesem Grund wird bei der einfachen Destillation (Gleichstromdestillation), bei der die Trennung durch einmaliges Verdampfen und Kondensieren des Dampfes erfolgt, nur eine Teiltrennung erreicht werden.

 

Die einfache Labordestillation wird meist diskontinuierlich durchgeführt. Dazu wird das Gemisch in einem Destillierkolben (Siedekolben) zum Sieden gebracht. Der Gemischdampf wird im Kühler kondensiert und als Kondensat (Destillat) aufgefangen. Im Destillat ist das leichter Siedende, im Destillationsrückstand das schwerer Siedende angereichert. Mit fortschreitender Destillation erhöht sich der Anteil des schwerer Siedenden im Destillat. Bei der einfachen, diskontinuierlichen Destillation im technischen Maßstab wird das Gemisch in einem Behälter (Destillationsblase, Sumpf) mit Heizdampf oder elektrisch beheizt. Der Gemischdampf passiert zunächst einen Dephlegmator, d. h. einen Kühler, dessen Kühlwassertemperatur nur wenig unter der Siedetemperatur des schwerer Siedenden liegt. Dadurch kann bevorzugt schwerer Siedendes kondensieren und in den Sumpf zurücktropfen. Der Gemischdampf wird anschließend vollständig kondensiert und als Destillat in den Vorlagen aufgefangen. Bei der Gegenstromdestillation (Rektifikation) wird der Gemischdampf in einer Kolonne mit herabfließendem Kondensat (Rücklauf) in Kontakt gebracht. Auf den einzelnen Böden der Kolonne findet dabei ein intensiver Stoff- und Wärmeaustausch statt. So erzielt man den gleichen Effekt, wie wenn man viele einfache Destillationen hintereinander durchführen würde, d. h., man kann reine Komponenten isolieren. Die Trennwirkung einer Kolonne verbessert sich mit steigender Anzahl der Kolonnenböden (Bodenzahl) und mit zunehmender Rückflussmenge. Im großtechnischen Maßstab wird die Destillation meist kontinuierlich durchgeführt, d. h., das zu trennende Flüssigkeitsgemisch strömt stetig der Anlage zu. Bei der Rektifikation werden dabei kontinuierlich leichter Siedendes am Kopf und schwerer Siedendes aus dem Sumpf der Kolonne abgezogen. Das hat den Vorteil, dass sich während des Betriebs die Zusammensetzung von Destillat und Rückstand nicht ändert.

 

Erdöl besteht aus einer Vielzahl von Komponenten, deren Siedepunkte dicht beieinander liegen, sodass eine Trennung in einzelne Stoffe nicht möglich ist. Man begnügt sich deshalb mit der Auftrennung in Fraktionen mit bestimmtem Siedebereich (z. B. Benzin von 35 bis 210 ºC) und spricht von fraktionierender Destillation. Bei der Erdöldestillation werden neben einem Kopf- und einem Sumpfprodukt auch flüssige Seitenströme aus der Kolonne abgezogen (Erdöl). Um bei thermisch empfindlichen Flüssigkeitsgemischen eine Schädigung der Stoffe zu vermeiden, wird durch Anwendung von Vakuum (Vakuumdestillation) oder Zusatz von Trägerdampf (Trägerdampfdestillation, meist als Wasserdampfdestillation) der Siedepunkt der Komponenten erniedrigt. Eine schonende Art der Destillation ist auch die Kurzwegdestillation, bei der Verdampfer- und Kondensatorflächen räumlich nahe beieinander angeordnet sind. Gasgemische (z. B. Luft, Crackgase) können nach Kondensation unter Druck bei tiefer Temperatur durch Destillation getrennt werden. Bei der trockenen Destillation (z. B. von Holz oder Kohle) handelt es sich um eine Pyrolyse und nicht um eine Destillation.

 

Geschichte:

 

Einfache Formen der Destillation existierten bereits im Alten Orient. Destillationsgeräte mit noch mangelhafter Kühlvorrichtung sind von Zosimos von Panopolis (um 400) überliefert. Der arabische Schriftsteller ad-Dimaschki (✝ 1327) beschrieb im 13. Jahrhundert die Herstellung von Rosenwasser durch Wasserdampfdestillation sowie die Erdöldestillation. Durch verbesserte Kühlung und Dephlegmatoren wurde die Destillation leichtflüchtiger Stoffe wie Alkohol vervollkommnet (»Liber de arte distillandi« von H. Brunschwyk, um 1500). Der entscheidende Durchbruch zur kontinuierlichen großtechnischen Destillation wurde durch die Einführung des Röhrenofens in den 20er-Jahren des 20. Jahrhunderts erreicht.

 

Literatur:

 

E. Kirschbaum: Destillier- u. Rektifiziertechnik (⁴1969);

 R. Billet: Industrielle D. (1973);

 E. Krell: Hb. der Laboratoriums-D. (³1976);

 C. D. Holland: Fundamentals of multicomponent distillation (New York 1981);

 K. Sattler: Therm. Trennverfahren. Grundlagen, Auslegung, Apparate (Neuausg.²1995);

 E.-U. Schlünder u. F. Thurner: D., Absorption, Extraktion (1995).