Azeotrop
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Ein Azeotrop (auch azeotropes Gemisch; griechisch: a - "Verneinung", zeo - "siedend", tropos - "Drehung, Wendung, Richtung") ist ein Stoffgemisch, das man nicht durch gewöhnliche Destillation trennen kann, weil die Zusammensetzung der Flüssigkeit und der Gasphase gleich sind. Im Phasendiagramm berühren sich die Siede- und die Taukurve. Beim Sieden verhalten sich azeotrope Gemische wie Reinstoffe.
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[Bearbeiten] Azeotroptypen
Man unterscheidet Maximum- und Minimumazeotrope:
- Das positive Azeotrop entspricht im p,x-Diagramm dem Stoffgemisch am Maximum des Dampfdrucks. Der Siedepunkt dieses Gemisches besitzt im T,x-Diagramm ein Minimum und liegt unter denjenigen der beteiligten Reinstoffe. Beispiele dafür sind die Systeme Ethanol/Wasser und Wasser/Dioxan.
- Das negative Azeotrop entspricht im p,x-Diagramm dem Stoffgemisch am Minimum des Dampfdrucks. Der Siedepunkt dieses Gemisches besitzt im T,x-Diagramm ein Maximum und liegt über denjenigen der beteiligten Reinstoffe. Ein Beispiel dafür ist das System Wasser/Salpetersäure.
 Druckmaximum-Azeotrop Chloroform/Methanol |
 Druckminimum-Azeotrop 2-Butanon/1,2-Dichlorethan |
[Bearbeiten] Physikalische Trennverfahren für Azeotrope
[Bearbeiten] Azeotrope Rektifikation
Beim mehrfachen Destillieren eines Ethanol-Wasser-Gemisches erhält man ein Azeotrop aus 95,58 % Ethanol und 4,42 % Wasser. Dieses Gemisch lässt sich nicht weiter durch Destillieren trennen, da es einen konstanten Siedepunkt von 78,2 °C aufweist. Dieser ist niedriger als die Siedepunkte der beiden Reinstoffe (100 °C bzw. 78,32 °C).
Durch Zusatz einer dritten Komponente oder durch Destillation bei verändertem Druck kann dieses Azeotrop jedoch getrennt werden. So bildet das Wasser/Ethanol-Gemisch durch Zugabe von Benzol ein Azeotrop mit drei Komponenten (ein ternäres Gemisch), das bei 64,9 °C siedet. Nun kann dieses Wasser/Benzol/Ethanol-Gemisch abdestilliert und somit das Wasser nach und nach aus der flüssigen Phase ausgeschleppt werden. Zurück bleibt ein Benzol/Ethanol-Gemisch, von dem sich das Benzol durch normale Destillation abtrennen lässt, sodass man wasserfreies Ethanol erhält.
[Bearbeiten] Gaschromatographie
Mit Hilfe der Gaschromatographie unter Verwendung eines geeigneten Säulenmaterials und temperatur- und/oder strömungsprogrammierter Vorgehensweise können azeotrope Gemische getrennt werden.
[Bearbeiten] Molekularsieb
Durch Zugabe geeigneter Molekularsiebe kann man Wasser oder auch andere niedermolekulare Stoffe aus Azeotropen entfernen. Erreichbare Konzentrationen liegen im ppm-Bereich.
Siehe auch: Phasendiagramm
[Bearbeiten] Dampfpermeation und Pervaporation
Eine weitere Möglichkeit, das azeotrope Ethanol/Wasser-Gemisch zu trennen, ist die Dampfpermeation. Dabei wird das Gemisch verdampft und durch eine Membraneinheit geführt. Die Membran funktioniert wie ein Filter, d. h. deren Poren lassen nur eine Komponente passieren - hier also das Wasser. Treibende Kraft für die Trennung des Gemisches ist ein Druckunterschied zwischen dem Innenraum und dem Außenraum und die Selektivität der Membran. Somit tritt das Wasser durch die Membran durch (Permeat) und das wasserfreie Ethanol bleibt auf der anderen Seite der Membran (Retentat). So kann man Ethanol mit einer Reinheit von bis zu 99,97 % erhalten.
Im Unterschied zur Dampfpermeation wird bei der Pervaporation das flüssige Gemisch an der Membran vorbeigeführt.
[Bearbeiten] Azeotrope Destillation
Die Bildung von Azeotropen kann dahingehend genutzt werden, um einen Stoff aus einem Gemisch "herauszuschleppen". Beispielsweise wird in der Chemischen Reaktionstechnik zur Abtrennung von Wasser aus einem Reaktionsgemisch häufig Toluol als Schleppmittel eingesetzt. Toluol bildet mit Wasser ein Minimum-Azeotrop. Im Kondensat entmischen sich die beiden Flüssigkeiten wieder und bilden 2 Phasen. Das Toluol, die obere Phase, wird durch einen Wasserabscheider im Kreislauf der Reaktion wieder zugeführt. Das Wasser wird abgetrennt und anhand der gebildeten Wassermenge kann der Reaktionsverlauf beobachtet werden.
Eine spezielle Form der azeotropen Destillation ist die Wasserdampfdestillation. Hierbei bilden beispielsweise Aromastoffe mit Wasserdampf leicht flüchtige Azeotrope, die sich in der Destillationsvorlage in aufgereinigter Form anreichern.
[Bearbeiten] Siehe auch
- Datenbank für azeotrope und zeotrope Systeme: Dortmunder Datenbank
