Die Destillationskolonne ist das Herzst\u00fcck jedes privaten Labors. Viele kaufen jedoch eine Kolonne und wissen nicht, wie viele F\u00fcllk\u00f6rper (die kleinen Drahtspiralen) sie eigentlich braucht. Zu wenige Spiralen = schwache Rektifikation, zu viele = Verschwendung.<\/p>\n
In diesem Artikel lernen Sie, das Volumen der Kolonne zu berechnen, es in eine Anzahl Spiralen umzurechnen und vorherzusagen, wie lange das Aufheizen bis zum Siedepunkt dauert. Wir arbeiten mit Formeln, erkl\u00e4ren aber alles Schritt f\u00fcr Schritt und nutzen den Rechner, um Ihnen Zeit zu sparen.<\/p>\n
Die Anzahl der Spiralen in der Kolonne h\u00e4ngt von ihrem Innenvolumen<\/strong> ab. Eine Kolonne mit 50 mm Durchmesser und 50 cm H\u00f6he braucht deutlich mehr Spiralen als ein schmales Rohr mit 30 mm auf 30 cm. Aus der Praxis wei\u00df man, dass in einen Liter Volumen etwa 900-1000 Spiralen der Gr\u00f6\u00dfe 6\u00d76 mm<\/strong> passen.<\/p>\n Das ist ein Erfahrungswert, von Anwendern kleiner Anlagen erprobt. Die Spiralen liegen zuf\u00e4llig, deshalb bleibt immer etwas Luft, aber 900-1000 ist eine solide N\u00e4herung. Bei kleineren Spiralen (3\u00d73 mm) ist die Zahl h\u00f6her (sogar 2000-2500 pro Liter). Von gr\u00f6\u00dferen Spiralen (10\u00d710 mm) passen weniger hinein (etwa 400-500 pro Liter).<\/p>\n Deshalb ist es wichtig, Ihre Kolonne auszumessen und ihr Volumen zu berechnen. Das dauert 5 Minuten, und das Ergebnis sagt Ihnen genau, wie viele Spiralen Sie kaufen m\u00fcssen.<\/p>\n Eine Destillationskolonne ist meist ein Zylinder (ein Rohr). Das Volumen eines Zylinders berechnet man mit der Formel:<\/p>\n Dabei ist:<\/p>\n Beispiel:<\/strong> Eine Kolonne mit 50 mm (5 cm) Durchmesser und 50 cm H\u00f6he.<\/p>\n V = 3,14159 \u00d7 (5\/2)\u00b2 \u00d7 50 Runden wir auf 1 Liter. Bei 900 Spiralen pro Liter fasst Ihre Kolonne etwa 900 Spiralen<\/strong> der Gr\u00f6\u00dfe 6\u00d76 mm.<\/p>\n Einfach? Einfach. Wenn Sie aber kein Ma\u00dfband zur Hand haben, erledigt das unser Rechner<\/strong> f\u00fcr Sie. Sie geben Durchmesser und H\u00f6he ein, und er nennt sofort das F\u00fcllvolumen.<\/p>\n Die Spiralen sind sogenannte prismatische F\u00fcllk\u00f6rper. Ihre Aufgabe ist es, die Kontaktfl\u00e4che zwischen dem Alkoholdampf und der an ihren W\u00e4nden kondensierenden Fl\u00fcssigkeit zu maximieren. Gr\u00f6\u00dfere Kontaktfl\u00e4che = wirksamere Rektifikation.<\/p>\n Kleinere Spiralen (3\u00d73 mm) haben mehr Kontaktfl\u00e4che, aber auch mehr Str\u00f6mungswiderstand. Das Destillat flie\u00dft langsamer, der Prozess ist sanfter und die Trennleistung h\u00f6her. Das Problem? Sie k\u00f6nnen sich zu dicht packen und den Dampfstrom ganz blockieren.<\/p>\n Gr\u00f6\u00dfere Spiralen (10\u00d710 mm) lassen den Dampf schneller und mit weniger Widerstand durch, bieten aber weniger Kontaktfl\u00e4che. Die Rektifikation ist schw\u00e4cher, daf\u00fcr reagiert die Kolonne \u201eschnell\u201c - sie erreicht rasch das Gleichgewicht, und die Destillationsgeschwindigkeit l\u00e4sst sich leichter steuern.<\/p>\n F\u00fcr kleine Anlagen sind 6\u00d76 mm der goldene Mittelweg<\/strong>: ein guter Kompromiss zwischen Trennleistung und praktischem Durchfluss. Diese Gr\u00f6\u00dfe empfehlen erfahrene Anwender.<\/p>\n Das Aufheizen der Blasenf\u00fcllung ist die erste Phase, bevor die Destillation beginnt. Wie lange dauert es? Das h\u00e4ngt von drei Dingen ab: Volumen der Blasenf\u00fcllung<\/strong>, Temperaturdifferenz<\/strong> und Leistung des Heizelements<\/strong>.<\/p>\n Die theoretische Formel lautet:<\/p>\n Dabei ist:<\/p>\n Das praktische Problem:<\/strong> In Wirklichkeit dauert es immer l\u00e4nger, als die Formel sagt, weil W\u00e4rme verloren geht. Kolonne, Rohre, Kondensator, Umgebung - alles nimmt etwas Energie auf. In der Praxis rechnen Sie 20-30 % Zeit dazu<\/strong>.<\/p>\n Szenario: Sie haben eine Kolonne mit 50 mm Durchmesser und 50 cm H\u00f6he. Sie f\u00fcllen 30 Liter Rohbrand mit 20 \u00b0C ein. Das Heizelement hat 2000 W. Sie wollen auf 80 \u00b0C aufheizen.<\/p>\n Schritt 1: Volumen der Kolonne<\/strong> Schritt 2: Aufheizzeit der Blasenf\u00fcllung<\/strong><\/p>\n Zeit = (30 \u00d7 60 \u00d7 1,163) \/ 2000 Dazu kommen 25 % f\u00fcr Verluste: 63 \u00d7 1,25 = 79 Minuten<\/strong> (fast 1,5 Stunden)<\/p>\n In der Praxis wartet man meist etwa 1,5-2 Stunden<\/strong>, bis die Kolonne vollst\u00e4ndig aufgeheizt ist und der erste Tropfen Destillat in der Abnahme erscheint.<\/p>\n Fazit:<\/strong> Aufheizen ist langweilig, aber ein notwendiger Teil des Prozesses. Wenn es schneller gehen soll, brauchen Sie ein st\u00e4rkeres Heizelement (3000-4000 W), was aber auch einen Leistungsregler erfordert. Hier kommt die gut berechnete Leistung ins Spiel - ein Thema f\u00fcr einen eigenen Artikel.<\/p>\n Ja, aber mit Einschr\u00e4nkungen. Eine gute W\u00e4rmed\u00e4mmung (zum Beispiel Glaswolle oder Polyurethanschaum) senkt die W\u00e4rmeverluste um 15-25 %. Das hei\u00dft, Sie erreichen den Siedepunkt schneller und verschwenden weniger Energie.<\/p>\n Im Szenario aus dem vorigen Beispiel w\u00e4ren es mit gut isolierter Kolonne statt 79 Minuten etwa 65-70 Minuten. Das spart Zeit, aber auch Geld? Die Isolierung kostet 50 zł (\u2248 11 \u20ac)-150 zł (\u2248 34 \u20ac) und spart vielleicht 10 zł (\u2248 2 \u20ac)-15 zł (\u2248 3 \u20ac) Energiekosten pro Jahr (bei regelm\u00e4\u00dfigem Betrieb). Auf lange Sicht lohnt es sich, eine dringende Notwendigkeit ist es aber nicht.<\/p>\n Praktischer? Decken Sie die Kolonne vor der Destillation mit einer Decke ab. Das reduziert kostenlos Konvektion und Luftzug, die W\u00e4rme abf\u00fchren. Der Effekt ist deutlich sp\u00fcrbar.<\/p>\n Manche wollen Material sparen und f\u00fcllen die Kolonne nur zur H\u00e4lfte. Das Ergebnis ist eine schwache Rektifikation und eine schlechte Trennung der Fraktionen. Die Kolonne muss dicht gef\u00fcllt sein, bis an die Grenze des Dampfdurchflusses.<\/p>\n Wenn Sie unten 3\u00d73 mm und oben 10\u00d710 mm einf\u00fcllen, entstehen ungleichm\u00e4\u00dfige Str\u00f6mungszonen. Der Dampf \u201esucht\u201c sich an der Grenze seinen Weg - der Effekt ist unvorhersehbar. Bleiben Sie bei einer Gr\u00f6\u00dfe.<\/p>\n Viele wissen nicht, wie lange das Aufheizen dauert. Sie bauen die Kolonne um 10 Uhr morgens auf und erwarten Destillat vor dem Mittagessen. In Wirklichkeit funktioniert das nicht. Ein Destillationsplan sollte allein 1,5-2 Stunden f\u00fcr das Aufheizen vorsehen.<\/p>\n Ohne Temperaturf\u00fchler wissen Sie nicht, ob die Kolonne wirklich den Siedepunkt erreicht hat oder ob Sie es nur glauben. Eine Zeitangabe reicht nicht. Ein Thermometer (vor allem ein WLAN-Thermometer mit Alarm) ver\u00e4ndert alles.<\/p>\n Ansatz, Ausbeute, Verd\u00fcnnung, Alkoholometer-Korrektur, Zuckerskalen, Kolonnen- und Heizleistung, Kosten - 16 Brenner-Rechner an einem Ort. Sie geben Ihre Daten ein, das Ergebnis wird sofort berechnet.<\/p><\/header> Wie berechnet man das F\u00fcllvolumen der Kolonne?<\/h2>\n
V = \u03c0 \u00d7 (d\/2)\u00b2 \u00d7 h\n<\/code><\/pre>\n\n
\nV = 3,14159 \u00d7 6,25 \u00d7 50
\nV = 981,75 cm\u00b3 = 0,98 Liter<\/strong><\/p>\nWie wirkt sich die Gr\u00f6\u00dfe der F\u00fcllk\u00f6rper auf die Rektifikation aus?<\/h2>\n
Wie lange dauert das Aufheizen der Blasenf\u00fcllung bis zum Siedepunkt?<\/h2>\n
Zeit [h] = (V [Liter] \u00d7 \u0394T [\u00b0C] \u00d7 1,163) \/ P [W]\n<\/code><\/pre>\n\n
Rechenbeispiel: Kolonne \u00d850 mm, 30 Liter Blasenf\u00fcllung<\/h2>\n
\nV = 3,14159 \u00d7 2,5\u00b2 \u00d7 50 = 981,75 cm\u00b3 \u2248 1 Liter<\/p>\n\n
\nZeit = 2092,8 \/ 2000 = 1,046 Stunden \u2248 63 Minuten<\/strong> (theoretisch)<\/p>\nLohnt sich eine teure Isolierung der Kolonne?<\/h2>\n
H\u00e4ufige Fehler bei der Auslegung der Kolonne<\/h2>\n
Zu wenige F\u00fcllk\u00f6rper<\/h3>\n
Spiralgr\u00f6\u00dfen ohne Grund mischen<\/h3>\n
Aufheizzeit untersch\u00e4tzen<\/h3>\n
Kein Thermometer in der Kolonne<\/h3>\n
\nDestillationsrechner<\/h2>