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5. Thermische Verfahrenstechnik5. Thermische Verfahrenstechnik

J. Evers J. Evers DezemberDezember 2010

Überblick der thermischen Trennverfahren

Die thermische Trennung von Stoffgemischen erfolgt meistens durch Erwärmen,bei einigen Verfahren auch durch Abkühlen. Dadurch wird eine Änderung des

Aggregatzustandes erreicht, d.h. eine Gefrierung oder eine Verdampfung.

Trocknen

RektifizierenDestillieren

AuskristallisierenEindampfen

Trockenen - Verlauf

WLFL mmm

WTrFG mmm

Beim Trockenen wird die in einem Feuchtgut enthaltene Feuchtigkeit durch Erwärmen und

dadurch bedingtes Verdunsten(Verdampfen) in den gasförmigen Zustand überführt und der

entstandene Feuchtigkeitsdampf weggeleitet.

Trocknen - Einflüsse

Faktoren für ein rasches Trocknen:• Feuchtigkeitsdampfdruck Luft• Sättigungsdampfdruck des Trocknungsgutes• geringe Feuchtigkeit/hohe Temperatur der Luft/Trocknungsgutes• große Oberfläche des Trocknungsgutes• häufiges Wenden des Trocknungsgutes

Trocknen - Diagramme

)(

)(

2max

2

OHm

OHm

D

D

Relative Luftfeuchtigkeit

L

D

m

OHmX

)( 2

DampfgehaltAbgeführte Feuchte

)(* ,, ausFeinFFGW WWmm

)(* einausLD XXmm

Aufnahmefähigkeit der LuftLuftbedarf beim Trocknen

Trocknungsverfahren

Strahlungstrocknung

KonvektionstrocknungKontakttrocknung

Man kann die Trockungsverfahren nach der Art der Wärmeübertragung, nach Verdunstungs-/Verdampfungstrocknung oder nach Luft/Vakuumtrocknung.

Vakuumtrocknung

Trockner - Feststoffe

EtagentrocknerKammertrockner

Trockner - Feststoffe

DrehrohrtrocknerBandtrockner

Trockner - Flüssigkeiten

GranulationstrocknerSprühtrockner

Trockner – Vakuum/Gefriertrocknung

Die Gefriertrocknung ist eine Vakuumsublimationstrocknung,

sie beruht darauf, dass eine gefrorene Flüssigkeit unter

Vakuum Wassermoleküle freisetzt ohne flüssig zu werden.

Die Flüssigkeit wird zuerst mit einem Feststoffanteil gefroren und

anschließend unter Vakuum gesetzt. Der Eisanteil sublimiert und wird aus dem Trockengut

ausgegast.

Trennung von LösungenVerdampfen reiner Lösemittel

Beim Verdampfen wird durch Wärmezufuhr das Lösemittel aus einer Lösung verdampft.Die zurückbleibende Lösung besitzt eine höhere Konzentration an gelösten Feststoffen.

Abdampfen-vollständiges verdampfen(Kochsalzgewinnung)Eindampfen-teilweises verdampfen(Konzentrieren von NaOH)

Die Siedetemperatur einer Flüssigkeit ist die Temperatur, bei der der Dampfdruck so hoch ist wie der Umgebungsdruck.

Verdampfen von Lösungen

Der Dampfdruck bei Lösungen ist niedriger als der Dampfdruck bei dem Lösemittel selber, weil die zusätzlichen Bindungskräfte des Feststoffes hinzukommen.Die Siedetemperatur ist gegen-über dem reinen Lösemittel geringfügig erhöht(0-25K) und hängt von der Konzentration(Massenanteil) und vom Löse-mittel ab.

Vorgänge im Verdampfer

Druckstöße vermeiden durch:• große Flächen• Temperaturdifferenz zwischen Heißdampf und Lösung nicht zu hoch wählen• Umwälzung der Lösung

Röhrenverdampfer

Verdampferbauarten

RöhrenverdampferBlasenverdampfer

AuskristallisierenUnter Kristallisieren versteht man das Abscheiden eines gelösten Feststoffesaus einer Lösung in Form von Kristallen. Gründe dafür sind:• Gewinnung des Feststoffes in bestimmten Kristallformen(abhängig von Stoff, Lösemittel, Abkühlung)• zur Reinigung eines kristallinen Feststoffes, wobei die nicht lösbaren Verunreinigungen abgetrennt werden können(Umkristallisieren-hochreines Kochsalz)

)(

)(

Lmm

XmL

Umkristallisieren

Kristallisationsapparate

Verdampfer-Kristallisator Rührkesselkristallisator Vakuum-Umlaufkristallisator

Aussalzen/Verdünnen

Unter Aussalzen versteht man ein Verfahren, bei dem die Übersättigung einer Lösung durch Hinzufügen eines zweiten, leichter löslichen Feststoffes erzielt wird.(Dissoziation/Hydration)

(Auskristallisieren von organischen Farbstoffen aus Lösungen mit NaCl)

Beim Verdünnen wird ein zweites Lösemittel hinzugegeben, das die Wassermolekülean sich bindet, so dass die Konzentration des gelösten Stoffes über die Sättigungs-

grenze steigt und auskristallisiert.(Auskristallisieren von KCl durch Zugabe von Alkohol)

Ausfällen

Beim Ausfällen wird der auszukristallisierende Stoff durch die Zugabe eines geeignetenFällungsmittels in eine unlösliche chemische Verbindung überführt, die dann auskristallisiert.

AusfrierenDas Ausfrieren ist ein Konzentrationsverfahren für temperaturempfindliche Lösungen,

bei denen durch Gefrieren des Lösungsmittels die Konzentration der Lösung erhöht wird.Eine Salzlösung hat eine niedrigere Schmelztemperatur als Wasser, die mit steigender

Salzkonzentration weiter abnimmt. Kühlt man die Salzlösung ab, so setzt bei Erreichen der Soliduslinie der Gefriervorgang ein. Wasserkristalle beginnen als Eis auszufrieren.

Die Konzentration in der Restlösung wird höher dadurch. Die Eiskristalle werden durch Zentrifugieren abgetrennt und die konzentrierte Lösung bleibt über.

Destillieren

Destillieren

Destillieren

Destillieren

Destillieren

Rektifizieren

Rektifizieren

Rektifizieren

Rektifizieren

RAFFINERIE

Schachtofen