Thermische Trennverfahren

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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.

Will man aus einer Mischung verschiedener Stoffe einen davon rein gewinnen, nutzt man eines von zahlreichen Trennverfahren. Die Funktionsweise jedes Verfahrens beruht auf der Ausnutzung unterschiedlicher physikalischer und chemischer Eigenschaften der miteinander vermischten Stoffe.

In der Metallurgie wird die Stofftrennung von Metallen unter dem Fachbegriff Läuterung zusammengefasst.

Thermische Trennverfahren

Thermische Trennverfahren sind alle Trennverfahren, die auf der Einstellung eines thermodynamischen Phasengleichgewichtes beruhen. Es gibt im wesentlichen drei verschiedene Trennprozesse:

Trennung aufgrund des Siedepunktes

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 bspw.
   • das Zweidruckverfahren
   • die Extraktivrektifikation
   • die Azeotroprektifikation
2. Bei der Trocknung stellt sich ein Verteilungsgleichgewicht zwischen einer Flüssigkeit bzw. einem Feststoff und der Gasphase ein. Die Trocknung ist eins der häufigsten thermischen Trennverfahren.
3. Brennen, mit den Ziel Stoffeigenschaften zu ändern

Trennung aufgrund des Gefrierpunktes

1. Beim Ausfrieren wird ein Stoff aus einer Lösung durch Kühlen abgeschieden. Dieses Verfahren funktioniert gut bei Komponenten mit stark unterschiedlichen Gefrierpunkten und wird teilweise zur Trennung von azeotrop siedenden Systemen eingesetzt. In der Verfahrenstechnik wird Ausfrieren auch als Kristallisation bezeichnet. Es wird zwischen Statischer (diskontinuierlich) und Dynamischer (kontinuierlich) Kristallisation unterschieden.

Mechanische Trennverfahren

Trennung aufgrund der Oberflächenbenetzbarkeit

• Flotation

Trennung aufgrund der Dichte

• Sedimentation, Dekantation und Abscheiden
• Zentrifugation
• Schwertrübetrennung
• Schlämmung

Trennung aufgrund der Partikelgröße

• Filtration, speziell Abnutschen, Rechen
• Sieben
• Sichten: Plansichter, Windsichten
• Membrantrennverfahren
• Umkehrosmose

Trennung aufgrund der Partikelträgheit

• Fliehkraftabscheider (Zyklon)
• Impaktor
• Strahlumlenksichter

Trennung aufgrund der Magnetisierbarkeit

• Magnettrennung
• Wirbelstromtrennung

Trennung aufgrund der elektrischen Beweglichkeit

• elektrostatische Staubabscheider

Trennung aufgrund der Löslichkeit

• Chromatografie (Neben der Löslichkeit können allerdings eine ganze Reihe anderer Phänomene wie beispielsweise die Adsorption eine wichtige Rolle spielen.)
• Waschen
• Bei der Extraktion stellt sich ein Verteilungsgleichgewicht zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten ein. Hierbei wird der Wertstoff mit einem Schleppmittel, der den Wertstoff gut löst, jedoch keine der anderen Beimengungen, aus einem Gemisch extrahiert. Der Wertstoff muss anschließend vom Schleppmittel getrennt werden. Neben dieser Flüssig-Flüssig-Extraktion gibt es auch noch:
  • Pervaporation (kontinuierliche Extraktion)
  • Feststoffextraktion
• Bei der Absorption und der Gaswäsche stellt sich ein Gleichgewicht auf Grund der Gaslöslichkeit zwischen einer Flüssigkeit und dem Gas ein.
• Bei der Adsorption stellt sich ein Adsorptionsgleichgewicht zwischen einer Festkörperoberfläche und einer Gas- oder Flüssigphase ein.
• Eluieren

Trennung aufgrund des chemischen Aufbaus und der chemischen Eigenschaften

• Ätzung Salpetersäure (Scheidewasser)
• Elektrolyse
• Elektrophorese
  • Gelelektrophorese
• Ionenaustausch
• Fällung
• Saigerverfahren Kupellation

Trennung aufgrund der Zusammensetzung

• Klauben
• Sortierung

Trennverfahren finden Anwendung in der Verfahrenstechnik, zum Beispiel bei der Abwasserreinigung und Sortierung von Wertstoffen aus Leicht- und Verbundverpackungen (Gelber Sack).