Trennverfahren heterogener Stoffgemenge | Erklärung:
Hier erhältst du einen Überblick über die Lerneinheit: Trennverfahren heterogener Stoffgemenge | Erklärung
Wir besprechen hier die Trennverfahren Filtration, Abscheidung, Sieben, Adsorption, Extraktion, Zentrifugation, Destillation und Eindampfen.
Weitere Lernmaterialen erhältst du hier: Übungen | Übungsblätter | Merkblatt
Wirtschaftliche Relevanz
Trennverfahren werden genutzt, um miteinander vermischte Stoffe aufgrund ihrer unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften voneinander zu trennen
Diese Verfahrenstechniken haben in der wirtschaftlichen Praxis eine große Bedeutung, da die meisten Rohstoffe und Produkte Stoffgemische sind.
Um sie verarbeiten zu können, müssen sie im Vorfeld getrennt werden.
Dabei wird im Wesentlichen unterschieden zwischen mechanischen (z.B. Filtrieren) und thermischen Trennverfahren (z.B. Eindampfen).
Im Folgenden werden einige wichtige Trennverfahren besprochen:
Die Filtration
Die Filtration ist ein Verfahren zur Trennung, oder Reinigung von Stoffen und zählt zu den mechanischen Trennverfahren.
Hierbei wird ein unlöslicher Stoff von einer Flüssigkeit getrennt.
Diese Flüssigkeit wird Filtrat genannt.
Das zu trennende Gemisch läuft durch einen Filter aus Papier, Textilgewebe etc. oder durch einen Behälter indem eine Filtermasse befindet.
Es werden dabei nicht nur Partikel zurückgehalten, die größer sind als die Porengröße des Filters.
Durch die Mechanismen der Partikelträgheit, Diffusionseffekte, Elektrostatik oder Sperreffekte werden auch Partikel zurückgehalten, die kleiner sind als die Porengröße des Filters.
Die zurück gehaltenen Partikel bilden den so genannten Filterkuchen.
Anwendung: Filterkaffee, Wasseraufbereitungsanlagen, etc.
Die Abscheidung
Die Abscheidung ist ein mechanisches Trennverfahren und dient zum Trennen von Stoffgemischen z.B. Emulsionen oder Suspensionen mit dem Ziel der vollständigen Entfernung einer oder mehrerer Bestandteile.
Die Abscheidevorrichtung wird Abscheider genannt.
Dabei werden die Stoffe (meistens Flüssigkeiten) hinsichtlich ihrer unterschiedlichen Dichte getrennt.
Zueinander unlösliche Stoffe bilden unterschiedliche Schichten.
Während die untere Schicht, die Flüssigkeit mit der größeren Dichte beinhaltet, ist die obere Schicht die Flüssigkeit mit der geringeren Dichte.
Diese können dann durch eine Abscheidevorrichtung getrennt werden.
Anwendung: z.B. Fettabscheider bei Großküchen, Ölabscheider bei Tankstellen, etc.
Das Sieben
Ein weiteres mechanisches Trennverfahren ist das Sieben, welches zur Größentrennung (Klassierung) von Schüttgütern verwendet wird.
Nachdem das Schüttgut auf ein Sieb gelegt wird, wird dieses in Rotation gesetzt oder geschüttelt.
Durch das Rütteln wird das zu siebende Material möglichst oft in Kontakt mit dem Sieb gebracht, wo es durch die Maschenweite des Siebs entweder durchgelassen oder zurückgehalten wird.
In der Praxis werden oft mehrere Siebe übereinander angeordnet mit abnehmendem Durchmesser der Maschenweite nach unten.
Anwendung: zum Klassieren von Gesteinsgrößen z.B. Split und zum Schutz von Anlagen, indem vor dem Verarbeitungsprozess übergroße Teile aussortiert werden.
Die Adsorption
Abb. Die Adsorption
Unter der Adsorption (lat. “adsorbere” = ansaugen) versteht man die Fähigkeit, dass poröse Stoffe (z.B. Holzkohle und Aktivkohle) kleinste Teilchen an sich ziehen können.
Bei diesem Trennungsverfahren werden Atome oder Moleküle von Flüssigkeiten oder Gasen an eine feste Oberfläche angelagert (Adhäsion).
Die Abgabe eines adsorbierten Stoffs wird hingegen Desorption genannt.
Aktivkohle besitzt winzige Poren mit einem Durchmesser von 0,5 – 1 Nanometer, mit denen Gase oder Flüssigkeiten gereinigt werden können, indem sie Bestandteile absorbiert.
Anwendungen:
a) Zigarettenfilter absorbieren einen Teil der krebserzeugenden Stoffe im Zigarettenrauch
b) Aktivkohlefilter in der Gasmaske adsorbieren lungenschädigende chemische Kampfstoffe
c) Geruchsfilter über Kochherden binden unangenehme Gase.
Die Extraktion
Abb. Fest-Flüssig Extraktion Tee
Bei der Extraktion wird die Trennung von Stoffgemischen mittels eines Lösungsmittel (Alkohol, Wasser, etc.) durchgeführt.
Dabei wird die unterschiedliche Löslichkeit der im Stoffgemisch enthaltenen Reinstoffe ausgenützt.
Bei der Anwendung kann man unterscheiden zwischen:
a) Fest-Flüssig-Extraktion:
Brühen von Kaffee und Tee mittels dem Lösungsmittel Wasser
Heilpflanzenextrakten aus Heilkräutern mit dem Lösungsmittel Alkohol
Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben mit dem Lösungsmittel Wasser
b) Extraktion von Flüssigkeiten:
Hier wird die Extraktion angewendet um ein Gemisch aus flüssigen Stoffen zu trennen.
Nach der Hinzugabe eines Lösungsmittels zum Gemisch wird dieses gut durchgeschüttelt.
Solange bis sich der gewünschte Bestandteil im Lösungsmittel löst und dann durch einen Scheiderichter getrennt werden kann.
Die Zentrifugation
Beim mechanischen Trennverfahren des Zentrifugieren wird die Fliehkraft genutzt, die durch die Rotation eines Körpers um die eigene Achse auftritt.
Eine gelochte Trommel wird hierbei so schnell gedreht, dass der Inhalt aufgrund des Trägheitsgesetzes an die Wand gepresst wird und der Saft bzw. das Wasser durch die Löcher nach außen abfließen.
Dabei wird die Adhäsion (Anhangskraft) der Flüssigkeit zum Feststoff überwunden.
Die dazu benötigte Zentrifugalkraft wird erreicht, indem die Zentrifuge in eine gleichförmige Kreisbewegung versetzt wird.
Aufgrund der großen kinetischen Energie von schnell drehenden Rotoren sind Sicherheitsvorkehrungen nötig.
Kessel aus Edelstahl sind deshalb zu bevorzugen.
Anwendung: Wäscheschleuder, Honigschleuder, Salatschleuder, etc.
Die Destillation
Abb. Destillationsapparat für Gin
Beim Destillieren trennt man Flüssigkeiten mit verschiedenen Siedepunkten, indem man eine Flüssigkeitsmenge zum Sieden erhitzt und der entweichende Dampf auffängt und durch Abkühlen wieder kondensiert.
Es entweicht zuerst die Flüssigkeit mit dem niedrigsten Siedepunkt.
Die Destillation zählt durch die beschriebene Vorgangsweise zu den thermischen Trennverfahren.
Als Vorteil gegenüber anderen Trennverfahren müssen keine weitere Stoffe wie z.B. Lösungsmittel hinzugefügt werden.
Um den Reinheitsgehalt der Substanz zu erhöhen kann eine Destillation auch mehrfach durchgeführt werden.
Eine wichtige Anwendung ist die Trennung von Wasser und Alkohol bei der Erzeugung von alkoholischen Getränken z.B. Schnaps.
Das Eindampfen
Abb. Salzgewinnung durch Eindunsten
Ein weiteres thermisches Trennverfahren ist das Eindampfen (Abdampfen).
Hierunter versteht man das Erhitzen einer chemischen Lösung mit dem Ziel das Lösungsmittel von der gelösten Substanz zu trennen.
Im Gegensatz zur Destillation geht beim Eindampfen das Lösungsmittel verloren und wird an die Luft abgegeben z.B. Wasserdampf.
So lässt sich z.B. Meersalz gewinnen.
Beim Eindampfen einer Kochsalzlösung entweicht Wasser, das gelöste Kochsalz bleibt zurück.
Vom Eindunsten spricht man, wenn hierbei auf das Erhitzen verzichtet wird.
Hier wartet man darauf, dass das Lösungsmittel in einem offenen Gefäß durch Umgebungswärme verdunstet.
PDF: Trennverfahren heterogener Stoffgemenge:
Weitere Informationen erhältst du hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Trennen_(Verfahrenstechnik)