Einführung in die Trennverfahren:
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Leipzig
Dt. Verl. für Grundstoffindustrie
1975
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| adam_text | Titel: Einführung in die Trennverfahren
Autor: Krell, Erich
Jahr: 1975
Inhaltsverzeichnis
1. Trennverfahren in der Chemie................................... 9
2. Systematik der Stofftrennung.................................... 13
2.1. Definitionen .................................................. 13
2.2. Grundverfahren............................................... 14
3. Theorie der Stofftrennung....................................... 17
3.1. Trennprinzipien...............i............................... 17
3.1.1. Phasenbildung und Phasengleiehgewichte ........................ 17
3.1.2. Trennfaktor................................................... 20
3.1.3. Multiplikation des elementaren Trenneffektes...................... 24
3.2. Grenzflächenpröbleme ......................................... 28
3.3. Optimale Trennmethoden und Trennaufwand .................... 31
3.4. Komplexe Trennaufgaben...................................... 36
4. Thermische Trennverfahren..................................... 40
4.1. Destillation .................................................. 41
4.1.1. Theoretische Grundlagen....................................... 43
4.1.1.1. Siedepunktsdifferenz........................................... 43
4.1.1.2. Dampfdruck-Temperatur-Beziehung p- ......................... 45
4.1.1.3. Relative Flüchtigkeit und Aktivitätskoeffizient.................... 48
4.1.1.4. Siedediagramm und Gleichgevvichtskurve......................... 51
4.1.2. Berechnung von Trennaufgaben................................. 54
4.1.2.1. Ermittlung der theoretischen Trennstufenzahl nth für diskontinuierliche
Arbeitsweise nach McCabe-Thiele ............................... 56
4.1.2.2. Ermittlung der theoretischen Trennstufenzahl nth für kontinuierliche
Arbeitsweise nach McCabe-TItiele................................ 60
4.1.3. Kolonnenauswahl............................................. 64
4.1.3.1. Kolonnentypen ............................................... 64
4.1.3.2. Kolonnentestung......./...................................... 77
4.1.4. Vakuum- und Druckdestillation................................. 79
4.1.4.1. Methoden der Vakuumdestillation............................... 80
4.1.4.2. Druckdestillation.............................................. 87
4.1.5. Selektive Methoden....................;....................... 87
4.1.5.1. Trägerdampfdestillation........................................ 88
4.1.5.2. Azeotrope und extraktive Destillation ........................... 91
4.1.5.3. Lösungsdestillation............................................ 95
4.2. Diffusion..................................................... 98
4.2.1. Thermodiffusion in der Gasphase................................ 100
4.2.2. Thermodiffusion in der flüssigen Phase........................... 104
4.2.3. Massendiffusion ............................................... 105
4.3. Trocknung ................................................... 107
4.3.1. Methoden und Anwendungsgebiete .............................. 107
4.3.2. Trocknungsmethoden im Labor.................................. 111
4.4. Kristallisation ................................................ 118
4.4.1. Umkristallisieren im Labor..................................... 121
4.4.2. Erstarren und Zonenschmelzen.................................. 124
4.5. Sublimation................................................... 128
4.5.1. Anwendung im Labor.......................................... 130
Inhaltsverzeichnis Q
4.5.2. Gefriertrocknung.............................................. 132
4.6. Kryogene Methoden ........................................... 135
5. Verteilungsniethoden (Sorptionsmethoden)........................ 137
5.1. Adsorption................................................... 137
5.1.1. Allgemeine Gesetzmäßigkeiten................................... 137
5.1.2. Adsorption von Gasen ......................................... 140
5.1.3. Oberflächenbestimmung poröser Substanzen durch Physisorption..... 141
5.1.4. Adsorption aus Lösungen ...................................... 143
5.2. Extraktion und multiplikative Verteilung ........................ 143
5.2.1. Quantitative Beschreibung der Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte ...... 144
5.2.2. Wahl des Lösungsmittels...............................t....... 148
5.2.3. Einfache und wiederholte Extraktion............................ 149
5.2.4. Multiplikative Extraktionsverfahren............................. 152
5.2.5. Fest-Flüssig-Extraktion........................................ 158
5.3. Absorption .................................................... 159
5.4. lonenaustausch................................................ 161
5.4.1. Ionenaustauschertypen ........................................ 162
5.4.2. Kapazität und Säure—Base-Verhalten der Ionenaustauscher......... ,162
5.4.3. Ionenaustauschgleichgewichte................................... 165
5.4.4. Geschwindigkeit des Ionenaustausches............................ 167
5.5. Molekularsiebe................................................ 167
5.5.1. Struktur der Molekularsiebe..................................... 168
5.5.2. Selektivadsorption an Molekularsieben........................... 169
5.5.3. Praktische Anwendungen der Molekularsiebe für Trennprozesse....... 171
5.6. Trennung über Einschlußverbindungen .......................... 172
5.6.1. Grundlagen .................................................. 172
5.6.2. Wichtige Einschluß- und Additionsverbindungen.................. 175
5.7. Fällungsverfahren............................................. 192
6. Chromatographische Verfahren.................................. 195
6.1. Einführung................................................... 195
6.2. Chromatographisches Prinzip.................................... 195
6.3. Verfahren und Ausführungsformen der Chromatographischen Stoff-
trennung ..................................................... 198
6.3.1. Einteilung nach der Trennphasenkombination..................... 198
6.3.2. Einteilung nach dem physikalisch-chemischen Trennprinzip ......... 198
6.3.3. Einteilung nach der Gestaltung der Trennstrecke................... 199
6.3.4. Einteilung nach der Technik der Chromatogrammentwicklung ....... 199
6.4. Theoretische Grundlagen....................................... 200
6.5. Gaschromatographie........................................... 213
6.5.1. Einführung................................................... 213
6.5.2. Experimentelle Anordnung und allgemeine A rbeitsweise............. 214
6.5.3. Begriffe und Bewertungsgrößen.................................. 214
6.5.4. Wichtige Funktionselemente einer gaschromatographischen Apparatur 221
6.5.5. Trennungen an Kapillarsäulen................................... 227
6.5.6. Qualitative und quantitative Informationen aus einem Gaschromato-
gramm....................................................... 228
6.6. Säulenchromatographie ........................................ 230
6.6.1. Einführung................................................... 230
6.6.2. Experimentelle Anordnung und allgemeine Arbeitsweise............. 231
6.6.3. Trennphasen ................................................. 233
Inhaltsverzeichnis 7
6.6.4. Qualitatives und quantitatives Resultat.......................... 235
6.7. Dünnsehiehtchromatographie ................................... 236
6.7.1. Einführung................................................... 236
6.7.2. Trennphasen ................................................. 237
6.7.3. Anfertigung eines Chromatogramms ............................. 239
6.7.4. Qualitatives und quantitatives Resultat.......................... 243
6.8. Papierchromatographie ........................................ 244
6.8.1. Einführung................................................... 244
6.8.2. Papier und stationäre Phase .................................... 244
6.8.3. Mobile Phase.................................................. 245
6.8.4. Technik der Papierchromatographie ............................. 246
6.8.5. Auswertung der Papierehromatogramme ......................... 249
6.9. Ionenaustauschchromatographie ................................ 250
6.9.1. Vorbereitung der Austauschersäulen ............................. 250
6.9.2. Wasserenthärtung und Wasserentsalzung durch Ionenaustausch ..... 251
6.9.3. Trennung von Metallionen an Anionenaustauschern auf Grund der
Chlorokomplexbildung......................................... 253
6.9.4. Trennung von Metallspuren an Kationenaustauschern durch
Elutionschromatographie....................................... 253
6.9.5. Verdrängungschromatographisehe Trennung von Metallionen unter
Verwendung von Komplexbildnern.............................. 256
6.10. Auswahl des Verfahrens........................................ 257
7. Elektrochemische Trennverfahren................................ 260
7.1. Wanderung geladener Teilchen im elektrischen Feld................ 260
7.2. Elektrophorese................................................ 262
7.2.1. Trägerfreie Elektrophorese...................................... 262
7.2.2. Elektrophorese auf Trägermaterial .............................. 264
7.3. Elektroosmose ................................................ 268
7.4. Elektrodialyse................................................. 270
7.5. Elektrolyse ................................................... 271
8. Membrantrennprozesse......................................... 274
8.1. Theoretische Grundlagen....................................... 274
8.2. Membranfiltration.............................................. 280
8.3. Dialyse undJDiasolyse.......................................... 283
8.4. Osmose und Umkehrosmose .................................... 286
8.5. Permeationsverfahren in Gas- und Flüssigphase ................... 288
8.5.1. Permeation in der Gasphase .................................... 289
8.5.2. Permeation in der flüssigen Phase................................ 290
9. Mechanische Trennverfahren.................................... 297
9.1. Sedimentieren................................................. 298
9.2. Filtrieren .................................................... 299
9.3. Zentrifugieren.....................................,........... 308
9.4. Methoden zur Trennung von Systemen fest-fest ................... 314
9.4.1. Sieben....................................................... 315
9.4.2. Analyse von Mikrokörnungen................................... 317
9.5. Flotieren..................................................... 320
18. Biologische und biochemische Trennverfahren...................... 324
Literaturverzeichnis................................................... 328
Sachwörterverzeichnis................................................. 333
Inhaltsverzeichnis 8
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