Bedeutung des Siedepunkt-Rückflusses bei Destillationsberechnungen in Prüfungen

Es scheint, dass das Siedepunkt-Rückflussprinzip die Grundlage für die Annahme des äquimolaren Strömungsverhaltens in der Chemie ist. Ohne dieses Prinzip kann man nicht davon ausgehen, dass die Flüssigkeitsmenge im Kolben der Flüssigkeitsmenge des Rückflusses entspricht – zumindest scheint das so zu sein

Die Definition des Siedepunkts ist ein Gleichgewicht zwischen einer Blase und der Flüssigkeitsphase, d.h. eine vollständige Rückfluss der Flüssigkeitsphase! Der Taupunkt ist der Punkt, an dem ein Flüssigkeitströpfchen und die Gasphase im Gleichgewicht sind.

Für die Fabrik bedeutet das, dass bestimmte Geräte von verschiedenen Lieferanten stammen. Zum Beispiel: Wenn die Konstruktionsbedingungen Ihres Destillierungssystems vorsehen, dass das Material bei dem Siedepunkt zugeführt wird, dann werden die Hersteller des Destillierungssystems zusätzliche Geräte zur Erhöhung (Verringerung) der Temperatur sowie zum Anheben (Senken) des Drucks – notwendig, um die gewünschte Siedetemperatur und -druckbedingungen bei Normaltemperatur und Normaldruck (1 atm, 25 °C) zu erreichen – nicht berücksichtigen. Umgekehrt muss der Entwurfer des Destillationsystems dies berücksichtigen, und für die Vorrichtungen zur Druckerhöhung/Druckminderung sowie zur Temperaturerhöhung/Temperrückgang muss eine Berechnung durchgeführt werden; außerdem wird eine Entwurfsgebühr erhoben. Wenn es sich dabei nur um die Planung eines Projekts für Studenten handelt, dann bedeutet das vermutlich, dass keine Entscheidungen bezüglich der Auswahl von Geräten zur Erhöhung/Reduzierung der Temperatur sowie zur Erhöhung/Reduzierung des Drucks getroffen werden müssen – und auch keine Berechnungen zu den entsprechenden Parametern erforderlich sind. Kurz gesagt: Die Anzahl der zu berücksichtigenden Aspekte ist gering, wodurch auch die Kosten für die Planung entsprechend niedriger ausfallen. Deshalb sind viele Hersteller, um Kosten zu sparen, bereit, willkürlich Entscheidungen bezüglich der Details zu treffen, die sie für einfach halten und für die keine konstruktiven Berechnungen notwendig sind, um die Entwicklungskosten zu senken

Wenn es keine Rückflussreaktion gäbe, wäre dann die Annahme eines stöchiometrischen Strömens nicht mehr gültig?

Die Annahme eines konstanten molaren Strömens gilt unter den Bedingungen: 1. Die molaren Verdampfungsenthalpie der einzelnen Komponenten sind gleich； 2. Die bei der Berührung von Gas und Flüssigkeit aufgrund unterschiedlicher Temperaturen ausgetauschte sensible Wärme kann vernachlässigt werden ； 3. Gute Wärmedämmung – der Wärmeverlust des Turms ist vernachlässigbar. Bedingung 2 bezieht sich auf den Siedepunkt-Rückfluss und verlangt, dass die Flüssigkeit im gesättigten Zustand zurückgeführt wird. In diesem Zustand kann die Kondensation von 1 Mol Dampf etwa 1 Mol Flüssigkeit verdampfen lassen. Erst zu diesem Zeitpunkt entspricht der Gas-Flüssigkeitsstrom der Annahme eines konstanten Stoffmengenflusses.

Dieser Beitrag wurde zuletzt von Higee am 5.6.2017 um 16:16 bearbeitet. Tatsächlich besteht kein notwendiger Zusammenhang zwischen dem Konzept des Rückflusses und der Annahme eines konstanten Stoffstroms. Eine Voraussetzung dafür, dass die Annahme eines konstanten molaren Strömens gilt, ist, dass die molaren Verdampfungswärmen der leichteren und schwereren Komponenten annähernd gleich sind – unabhängig davon, ob es zu einem Rückfluss am Siedepunkt kommt oder nicht. Das kann man in Lehrbüchern zur Chemie verstehen. Welcher ist also der Unterschied zwischen Schäumendem Rückfluss und Nicht-Schäumendem Rückfluss, also unterkühltem Rückfluss? Hauptsächlich geht es darum, ob die Menge der Flüssigkeit, die außerhalb des Turms zirkuliert, der Menge der Flüssigkeit entspricht, die im Destillationsbereich des Turms nach unten fließt – also um den Unterschied zwischen der Menge der Flüssigkeit im Inneren und außerhalb des Turms. Dieser Unterschied entspricht dem Rückflussverhältnis innerhalb und außerhalb des Turms. Entscheidend für die Trennung im Inneren des Turms ist jedoch das innere Rückflussverhältnis. Beim Nicht-Blasenpunkt-Rückfluss ist das zur Berechnung verwendete Rückflusssverhältnis nicht gleich der Menge des Rückflussflüssigkeitsanteils außerhalb des Turms geteilt durch die Menge des Dampfes, der an der Spitze des Turms aufsteigt.

@ifgotmoney, deine Interpretation scheint nicht ganz richtig zu sein. Bei Schäumungs-Rückfluss ist die Menge an Flüssigkeit, die auf der ersten Platte der Destillationsstufe abfällt, L1, gleich der Menge an Rückflussflüssigkeit außerhalb des Turms, L. Bei Nicht-Schäumungs-Rückfluss hingegen ist L1 nicht gleich L. Unter konstantem Stoffstrom bedeutet das, dass die Menge an Flüssigkeit, die auf jeder Platte der Destillationsstufe abfällt, gleich ist – also L1 = L2 = … – und das hat nichts damit zu tun, ob der Wert von L1 gleich L ist oder nicht

Die Annahmen für den vollständigen molarstrombasierten Ansatz lauten wie folgt: 1. Molare Verdampfung: Im Destillations- oder Extractionsbereich ist die Molarströmung des Dampfes in jeder Schicht der Kolonne gleich； V1=V2=V3=...=V=Konstante. 2. Konstanter molarer Überlauf: Im Destillations- oder Extractionsbereich ist die molare Flussrate des Überlaufs pro Treppenstufe gleich ； L1=L2=L3=...=L=Konstante. Konstante molare Überlaufmenge und konstante molare Verdampfungsmenge werden gemeinsam als Annahme der konstanten molaren Strömung bezeichnet. (Achtung, L = L1.) Der entscheidende Punkt ist folgender: Die grundlegende Idee der Annahme eines konstanten Stoffstroms besteht darin, dass angenommen wird, dass die bei der Kondensation einer Mol des Dampfes freigesetzte Wärme ausreicht, um 1 Mol Flüssigkeit zu verdampfen. Ein solcher Dampf-Flüssigkeitsstrom entspricht dann der Annahme eines konstanten molaren Flusses. Da die Gas- und Flüssigkeitsphase, die die einzelnen Theorietafeln verlässt, im gesättigten Zustand ist, kann der Rückfluss im Kondenser an der Spitze des Turms nicht gesättigt sein. Andernfalls kann er sicherlich nicht den grundlegenden Anforderung erfüllen, dass bei der Berührung der beiden Phasen die durch das Verdampfen von 1 Mol Dampf freigesetzte Wärme ausreicht, um 1 Mol Flüssigkeit zu verdampfen. Daher entspricht es nicht der Annahme eines konstanten molaren Flusses.

@ifgotmoney, der rote Teil, den Sie erwähnen, ist richtig. Allerdings muss man beachten, dass festgestellt werden kann, ob es sich um einen stöchiometrischen Strömungszustand handelt, erst nachdem der Betrieb des Turms im Gleichgewicht ist. Nachdem der Destillationskolben stabil im Betrieb ist, wird die Wärmemenge, die zwischen dem kühlen Rückfluss und dem Siedepunkt-Rückfluss besteht, letztendlich vom Unterdruckkocher im Kolben bereitgestellt. Natürlich wird diese Wärme über den aufsteigenden Dampf zwischen den verschiedenen Kolonnenplatten übertragen – dies beeinträchtigt jedoch nicht die Annahme einer konstanten Stoffmenge. Um noch einen Schritt zurückzugehen: Wie wird ein nicht-siedepunktbasierter Rückfluss, also ein kühler Rückfluss-Destillationsprozess, berechnet? Man ersetzt einfach den äußeren Rückflussverhältnis durch das innere Rückflussverhältnis, schreibt die Gleichung der Betriebslinie auf und löst sie mithilfe der Schicht für Schicht-Methode oder graphischer Verfahren. Die Voraussetzung für eine solche Lösung ist natürlich ein konstanter molarer Fluss; bei einem nicht konstanten molaren Fluss ist die Betriebslinie nicht geradlinig.