Trennen (Verfahrenstechnik)

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Ein Trennverfahren nutzt die unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften von miteinander vermischten Stoffen aus, um diese voneinander zu trennen. Das Trennen von Stoffgemischen gehört zu den wichtigsten verfahrenstechnischen Grundoperationen. Die meisten Rohstoffe und Produkte aus chemischen Reaktionen sind Stoffgemische. Diese müssen zur weiteren Verarbeitung getrennt werden. Ebenfalls die Abwasserreinigung und die Sortierung von Wertstoffen aus Leicht- und Verbundverpackungen (Gelber Sack) zählen zu den Trennverfahren. In der Metallurgie wird die Stofftrennung von als Schmelze vorliegenden Metallen unter dem Fachbegriff Läuterung zusammengefasst.

Thermische Trennverfahren[Bearbeiten]

Thermische Trennverfahren sind alle Trennverfahren, die auf der Einstellung eines thermodynamischen Phasengleichgewichtes beruhen. Im Wesentlichen gibt es drei verschiedene Trennprozesse.

Trennung aufgrund des Siedepunktes[Bearbeiten]

  1. Bei der Rektifikation und der Destillation stellt sich ein Gleichgewicht zwischen einer Flüssigphase und einer Dampfphase (oder Gasphase) ein. Die Trennung erfolgt hierbei durch wiederholtes Verdampfen und Kondensieren. Dieses Verfahren funktioniert gut bei Komponenten mit stark unterschiedlichen Siedepunkten, scheitert aber bei azeotropen Systemen. Verfahren, die zur Trennung azeotroper Gemische verwendet werden, sind beispielsweise
  2. Bei der Trocknung stellt sich ein Verteilungsgleichgewicht zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff und der Gasphase ein. Die Trocknung ist eins der häufigsten thermischen Trennverfahren.
  3. Beim Strippen werden Stoffe (beispielsweise Feuchte) aus einer flüssigen Phase durch Desorptionsvorgänge in die Gasphase überführt. Dazu wird die Flüssigphase im Gegenstromprinzip mit einem Gas in Kontakt gebracht (zur Trocknung mit einem trockenen Gas, das Wasserdampf aufnehmen kann).
  4. Brennen, mit dem Ziel Stoffeigenschaften zu ändern.

Trennung aufgrund des Gefrierpunktes[Bearbeiten]

  1. Beim Ausfrieren wird ein Stoff aus einer Lösung durch Kühlen abgeschieden. Dieses Verfahren wird bei Komponenten mit stark unterschiedlichen Gefrierpunkten und teilweise zur Trennung von azeotrop siedenden Systemen eingesetzt. In der Verfahrenstechnik wird Ausfrieren wegen des Übergangs in einen Festkörper als Kristallisation bezeichnet. Es wird zwischen statischer (diskontinuierlich) und dynamischer (kontinuierlich) Kristallisation unterschieden.

Trennung durch Sublimation[Bearbeiten]

  1. Bei der Sublimation geht ein Feststoff direkt vom festen Aggregatzustand in den gasförmigen Aggregatzustand über. Anschließend scheidet sich der sublimierte Stoff an einer gekühlten Fläche im festen Aggregatzustand ab. Wenn der Sublimationsdampfdruck der Verunreinigung sich genügend vom zu gewinnenden Wertstoff unterscheidet, ist dieses selten eingesetzte thermische Trennverfahren effektiv. Die Sublimationsmethodik findet meist im Labormaßstab Anwendung. Eine Maßstabsvergrößerung (scaling up) in technisch und wirtschaftlich relevante Größenordnungen ist zum Beispiel die Gefriertrocknung.

Trennung aufgrund der Löslichkeit[Bearbeiten]

Die Löslichkeit ist eine Stoffeigenschaft die mitunter mit weiteren Trenneffekten verbunden ist.

Mechanische Trennverfahren[Bearbeiten]

Die mechanischen Trennverfahren nutzen Unterschiede der mechanischen Eigenschaften der Bestandteile. Das können auch visuelle Unterschiede sein.

Trennung aufgrund der Oberflächenbenetzbarkeit[Bearbeiten]

  • Flotation ist ein Trennverfahren, bei dem feinkörnige Feststoffgemenge in einer wässrigen Aufschlämmung (Suspension) mit Hilfe von Luftblasen aufgrund der unterschiedlichen Oberflächenbenetzbarkeit der Partikel separiert werden.

Trennung aufgrund der Dichte[Bearbeiten]

Dichteunterschiede von Stoffgemischen lassen sich bei den folgenden Methoden nutzen.

Trennung aufgrund der Partikelgröße[Bearbeiten]

Trennung aufgrund der Partikelträgheit[Bearbeiten]

Bei Einsatz von Bewegungen kann die Partikelträgheit zum Trennen genutzt werden.

Trennung aufgrund der Magnetisierbarkeit[Bearbeiten]

Bei den magnetischen Stoffeigenschaften wird die Magnetisierbarkeit genutzt.

Trennung aufgrund der elektrischen Beweglichkeit[Bearbeiten]

Trennung als Folge von chemischen Reaktionen[Bearbeiten]

Durch den Ablauf von Reaktionen werden die physikalischen Eigenschaften verändert, was wiederum zur Trennung genutzt werden kann.

Beim Zonenschmelzverfahren zur Gewinnung hochreiner Einkristalle oder Metalle wird ausgenutzt, dass Verunreinigungen in der Schmelze eine energetisch günstigere chemische Umgebung (niedrigeres chemisches Potential) haben als im Festkörper und darum vom Festkörper in die Schmelze wandern.

Literatur[Bearbeiten]

dechema-Autorenkollektiv: Selektive Trenntechniken, Frankfurt/Main, 2008, pdf-Datei, abgerufen 31.Mai 2012