Rektifikation

Rektifikation ist ein thermisches Trennverfahren und stellt eine Weiterentwicklung der Destillation oder einer Hintereinanderschaltung vieler Destilationschritte dar. Die wesentlichen Vorteile der Rektifikation sind, dass die Anlage kontinuierlich betrieben werden kann und dass der Trenneffekt im Vergleich zur Destillation um ein vielfaches höher ist, da der Dampf mit der Flüssigkeit in Kontakt stehen.

Daraus resultiert, dass der schwerer siedende Anteil kondensiert und durch die freiwerdende Kondensationswärme leichterflüchtige Bestandteile der Flüssigphase verdampfen.

Die Kontaktfläche zwischen der Dampf- und Flüssigphase wird mittels Einbauten (z.B. Glockenböden) realisiert.

Wie auch bei der Destillation können unter normalen Bedingungen nur nicht-azeotrope Gemische getrennt werden.

Ist es erforderlich ein azeotropes Gemisch zu trennen, so muss der azeotrope Punkt verschoben werden. Er darf nicht im Konzentrations- und Temperaturbereich der Anlage liegen.

Eine Verschiebung erfolgt zum Beispiel durch Betriebsdruckänderung oder durch Zugabe eines bestimmten Hilfstoffes.

Rektifikationsapparate

Die eigentliche Rektifikation findet in der Gegenstromkolonne statt. Eine Rektifikationskolonne besteht aus einem Verdampfer am Boden, einen Kondensator am Kopf und verschiedenen Böden in der Kolonne. Je nach Art der eingesetzten Böden wird unterscheiden zwischen Bodenkolonnen und Füllkörperkolonnen. Durch einen Zulauf wird die zu trennende Substanz meist schon siedend eingespeist. Im Kopf reichert sich die leichter siedende Komponente an und kann dort abgetrennt werden, während die schwerer siedenden Komponente zurückgeführt wird. Im Sumpf reichert sich die schwerer siedende Komponente an und kann dort abgenommen werden.

Man unterscheidet dabei zwei Typen von Kolonnen.

• 1. In Bodenkolonnen sind Sieb-, Glocken oder Ventilböden eingebaut, über welche die Flüssigkeit strömt. Durch spezielle Schlitze oder Löcher wird der Dampf geleitet, so dass eine Sprudelschicht entsteht. Auf jedem dieser Böden stellt sich ein neues Verdampfungsgleichgewicht ein.
• 2. Füllkörperkolonnen sind gefüllt mir kleinen, besonders geformten Ringen. Durch die besondere Form haben diese Füllkörper eine große Oberfläche an denen sich ein dünner Film ausbildet. Hier findet ein guter Stoff- und Wärmeaustausch statt.

Außerdem wird noch zwischen einer kontinuierlichen und diskontinuierlichen Betriebsweise unterschieden.

• Bei der kontinuierlichen Betriebsweise erfolgt ein ständiger Zulauf an dem zu trennendem Gemisch (der Feed) und einer ständigen Entnahme des Kopf bzw. Sumpfproduktes.
• Bei der diskontinuierlichen Betriebsweise wird eine bestimmte Menge an Feed vorgelegt und die Rektifikationskolonne so lange betrieben, bis sich auf allen (theoretischen) Böden ein Gleichgewicht eingestellt hat.

spezielle Verfahren

Um Mehrstoffgemische zu trennen, die einen Azeotropenpunkt oder eine niedrige relative Flüchtigkeit aufweisen, benötigt man spezielle Verfahren.

• Das Zweidruckverfahren nutzt die Abhängigkeit des Azeotropenpunktes vom Druck aus. Es wird zur Trennung von THF und Wasser, oder Ethanol und Wasser angewendet.
• Extraktivrektifikation (Distex - Verfahren) - Hier wird die Lage des Azeotropenpunktes durch die Zugabe eines Hilfstoffes beeinflusst. Durch Zugabe von Anilin kann man Benzol und Cyclohexan trennen.
• Azeotroprektifikation - Auch hier verwendet man einen Hilfstoff, der bei engsiedenden Gemischen als Azeotropbildner und bei azeotropen Gemischen als Azeotropwandler wirkt.

Auswertverfahren

Das McCabe-Thiele Verfahren

Die Grundlage für das McCabe-Thiele Verfahren bildet das Gleichgewichtsdiagramm der zugrundeliegenden Stoffmischung. Da in der Praxis im allgemeinen bei konstanten Druck rektifiziert wird, ist das isobare Gleichgewichtsdiagramm die Grundlage des McCabe Thiele Verfahrens. Es entsteht durch Auftragung der Molenbrüche einer Komponente (meist leichter siedend) in der Flüssigphase zu den entsprechenden Molenbrüchen derselben Komponente in der Gasphase.