Destillation

Destillation (hierzu Tafel »Destillationsapparate für Großbetrieb« mit Text), Trennung flüchtiger Flüssigkeiten von nicht oder schwerer flüchtigen Substanzen durch Wärme. Der Destillationsapparat besteht aus einem Gefäß, in dem das der D. zu unterwerfende Gemisch so stark erhitzt wird, daß sich die flüchtigen Bestandteile in Dampf verwandeln. Dieser nimmt einen sehr viel größern Raum ein als die Flüssigkeit, aus der er entstanden ist, entweicht durch ein Rohr aus dem Gefäß und gelangt in einen andern Teil des Apparats, wo er durch Abkühlung wieder verflüssigt wird. Die so gewonnene destillierte Flüssigkeit (die im Strahl abfließt oder in einzelnen Tropfen herabfällt, destillat, daher der Name) heißt Destillat, der im Kochgefäß bleibende, nicht oder weniger flüchtige Bestandteil des Gemisches Destillationsrückstand. In der Regel wird die D. des Destillats halber ausgeführt, und der Destillationsrückstand ist wertlos oder wird als Nebenprodukt verwertet. Häufig aber handelt es sich umgekehrt um Gewinnung des Rückstandes, wenn man ein wertvolles Lösungsmittel, wie Alkohol und Äther, wiedergewinnen will.

Destillationsapparate

Der einfachste Destillationsapparat besteht aus Retorte a und Kolben b (Fig. 1). Die gewöhnliche Glasretorte ist ein nahezu kugel- oder eiförmiges Gefäß mit abwärts gebogenem, etwas konischem Halse; sie ist im Bauch sehr dünnwandig und kann deshalb, ohne zu springen, über freiem Feuer erhitzt werden.

Fig. 1. Retorte und Kolben.

Fig. 2. Füllen der Retorte.

Fig. 3. Tubulierte Retorte.

Beim Füllen der Retorten darf der Hals derselben nicht verunreinigt werden, weil sonst kleine Mengen der rohen Flüssigkeit in das Destillat gelangen würden. Man bedient sich deshalb zweier Rohre, steckt das weitere, wie in Fig. 2 angegeben, in den aufrecht stehenden Hals der Retorte, führt dann das längere, enge Trichterrohr ein und zieht dieses nach dem Füllen der Retorte zuerst wieder heraus. Bequemer sind die tubulierten Retorten (Fig. 3), die in der obern Wandung eine Öffnung haben, die mit einem Pfropfen oder einem Glasstöpsel verschlossen werden kann.

Fig. 4. Destillierblase.

Die Öffnung, der Tubulus, nimmt einen durchbohrten Kork mit Glasrohr auf, durch die während der D. Flüssigkeit nachfließen oder ein Gasstrom in die Retorte geführt werden kann, um leicht zersetzbare Dämpfe schnell fortzuführen oder aus der Flüssigkeit einen neuen flüchtigen Körper zu erzeugen, der alsbald überdestilliert. Häufig destilliert man auch aus Kolben oder Kochflaschen mit weitem Dampfableitungsrohr in einem durchbohrten Kork. Greift die zu destillierende Flüssigkeit Glas an, so benutzt man Retorten aus Blei, Platin etc.

Fig. 5. Muffel zur Destillation von Zink.

In der Technik ersetzt man die zerbrechlichen Glasretorten am häufigsten durch kupferne, oft innen verzinnte, kesselförmige Gefäße (Blasen) B (Fig. 4), auf deren kurzem, mit einer Flansche versehenem Hals ein zinnerner Helm A gesetzt wird, der in ein seitwärts und abwärts gebogenes konisches Rohr C ausläuft. Man befestigt den Helm, der ebenfalls eine Flansche besitzt, auf der Blase mit Schrauben, die beide Flanschen und einen zwischen ihnen liegenden Kautschukring fest zusammenpressen. Für manche Zwecke gibt man Destillationsgefäßen die Form von Dampfkesseln und mauert sie wie diese ein. Zur D. des Quecksilbers werden eiserne Flaschen benutzt, und das Zink destilliert man aus einem Apparat, wie ihn Fig. 5 zeigt. In den Hauptkörper, die Muffel, bringt man das Zinkerz mit Kohle; letztere zersetzt das Erz, das abgeschiedene Zink verflüchtigt sich bei hoher Temperatur, und sein Dampf entweicht durch das Rohr, das weiter unten in eine Vorlage mündet, in der sich das Zink sammelt.

Fig. 6. Abwärts gehende Destillation.

Man benutzt für ähnliche Zwecke auch einen unten durchbohrten Tiegel, in dem ein eisernes vertikales Rohr befestigt ist. Der Tiegel wird mit Erz und Kohle beschickt, der Deckel gut aufgekittet und unter das Rohr ein passendes Gefäß gestellt. Feuert man nun, so entweichen die Metalldämpfe durch das Rohr (abwärtsgehende D., Fig. 6).

Sind die zu destillierenden Flüssigkeiten nicht sehr flüchtig, so daß ihre Dämpfe sich leicht verdichten lassen, so genügt oft, den Retortenhals, wie in Fig. 7, in den Kolben (Vorlage) zu stecken oder das aus der Kochflasche die Dämpfe ableitende Rohr in eine Flasche zu führen. Man legt oder stellt die Vorlage in ein Gefäß mit kaltem Wasser und kühlt durch beständigen Zufluß von kaltem Wasser.

Fig. 7. Destillationsapparat mit einfacher Kühlung.

Bei der D. flüchtigerer Flüssigkeiten sind energischer wirkende Kühlvorrichtungen erforderlich.

Fig. 8. Liebigs Kühlapparat.

Der Liebigsche Gegenstromapparat besteht aus einem weiten Glas- oder Blechrohr, das an beiden Enden mit zwei doppelt durchbohrten Pfropfen versehen ist. Durch dies Rohr geht (Fig. 8) ein weites Glasrohr; ferner steckt in dem einen durchbohrten Kork ein aufwärts gehendes, oben zu einem Trichter erweitertes Rohr, durch das kaltes Wasser zugeleitet wird, und in dem andern ein knieförmig gebogenes Abflußrohr für das erwärmte Wasser. Der ganze Apparat wird in geneigter Lage festgestellt und zwar so, daß das Trichterrohr an dem tiefsten Punkt einmündet, während das Abflußrohr die höchste Stellung einnimmt.

Fig. 9. Vorlage für sehr flüchtige Destillate.

Hier treten die heißen Dämpfe aus der Retorte ein und werden, da sie immer kälterm Wasser entgegenströmen, sehr vollständig abgekühlt und verdichtet. Für sehr flüchtige Flüssigkeiten benutzt man als Vorlage, unter Einschaltung des Liebigschen Kühlapparats, ein U-förmig gebogenes Rohr, das in einem Gefäß mit einer Kältemischung umgeben werden kann (Fig. 9). Bei den großen Destillierblasen dient als Kühlapparat ein Faß, in dem ein spiralförmig gewundenes Zinnrohr, die Kühlschlange D (Fig. 4), steckt, deren unteres Ende O außerhalb des Fasses mündet. Kaltes Wasser wird am Boden des Fasses zugeleitet, während das erwärmte durch ein Rohr nahe dem obern Rande des Fasses abfließt. Oft stellt man noch in die Schlange ein dünnwandiges Metallgefäß, welches das Schlangenrohr berührt und durch besondere Wasserzuleitung gekühlt wird. Man benutzt auch zwei ineinander geschachtelte dünnwandige Metallgefäße und läßt die zu kühlenden Dämpfe in den Raum zwischen beiden Gefäßen treten, während in das innere Gefäß und in das Faß, in dem der ganze Apparat steht, beständig kaltes Wasser fließt. Bei manchen Operationen dienen als Kühlapparate Röhrensysteme, die lediglich durch Luft oder durch ausfließendes Wasser gekühlt werden, oder man verbindet eine Reihe dreihalsiger Steinzeugflaschen (Bombonnes) miteinander, die von den Dämpfen durchströmt werden.

Glasretorten erhitzt man über freiem Feuer (Spiritus, Gas, Holzkohlen), sicherer im Wasser- oder Sandbad. Letzteres besteht aus einer Blechschale, auf deren Boden man 1 cm hoch trocknen gesiebten Sand streut. Auf diesen setzt man dann die Retorte und füllt die Schale wenigstens so hoch mit Sand, wie die Flüssigkeit in der Retorte steht. Manchmal muß die Retorte bis an den Hals in Sand vergraben werden.

Fig. 10. Sandbad.

Fig. 10 zeigt ein solches Sandbad, eine Kapelle, für größere Retorten und zum Einsetzen in einen Windofen bestimmt.

Fig. 11. Eingemauerte Kapelle.

Fig. 11 zeigt eine eingemauerte Kapelle. Die Beschläge, Massen aus Ton und Kalk mit geeigneten Bindemitteln, mit denen man den Bauch der Retorte überzieht, schützen die Retorten wie das Sandbad vor dem Zerspringen, gestatten aber bessere Regulierung der Temperatur und erfordern weniger Brennmaterial. Blasen werden mit direktem Feuer geheizt, oder man versieht sie mit doppeltem Boden oder legt ein Schlangenrohr hinein, um sie mit Dampf zu heizen. In manchen Fällen kann letzterer direkt in die Blase geleitet werden. Man füllt z. B. einen Korb aus siebartig gelochtem Blech oder aus Drahtgewebe, der denselben Durchmesser wie die Öffnung der Blase besitzt, mit aromatischen Kräutern, stellt den Korb in die Blase, verschließt diese mit dem Helm und leitet durch den Tubulus der Blase direkt Dampf ein. Dieser durchdringt das Kraut und verflüchtigt das in demselben enthaltene ätherische Öl, dessen Dämpfe in der Kühlschlange zugleich mit dem Wasserdampf verdichtet werden. Manche sehr schwer flüchtige Körper sind überhaupt nur in der Weise zu destillieren, daß man in das Destillationsgefäß hochgespannten oder überhitzten Dampf leitet, der die Dämpfe der Substanz mit sich fortführt. Auch saugende Apparate (Exhaustoren) werden angewendet, um die in der Retorte gebildeten Dämpfe möglichst schnell herauszuschaffen.

In Flüssigkeiten, die unter fortwährendem Stoßen sieden, bringt man einen vielfach gebogenen Platindraht, Glasscherben oder Kohle, von deren Oberfläche aus die Dampfbildung dann gleichmäßig erfolgt. Scheidet sich während der D. ein fester Körper aus, z. B. Gips, schwefelsaures Blei, so stößt die Flüssigkeit oft so heftig, daß die Retorte zu zerspringen droht. In diesem Fall stellt man die Retorte auf ein konisch zusammengelegtes Blech, das in der Mitte so weit ausgeschnitten ist, daß der untere Teil der Retorte, in dem sich der ausgeschiedene feste Körper sammelt, darin versenkt werden kann, und erhitzt durch Kohlen, die auf das Blech gelegt werden. Sehr gut wirkt auch ein Luftstrom, den man durch den Tubulus der Retorte mit Hilfe eines Glasrohres bis auf den Boden derselben leitet; oder man setzt in den Tubulus der Retorte mittels eines durchbohrten Pfropfens ein Glasrohr ein, das bis fast auf den Boden der Retorte reicht, außerhalb seitwärts rechtwinkelig umgebogen und am äußersten Ende zu einem offenen feinen Haarröhrchen ausgezogen ist. Flüssigkeiten, die wegen ihrer leichten Zersetzbarkeit nicht bis zum Siedepunkt erhitzt werden dürfen, destilliert man im luftverdünnten Raum; man verbindet die Retorte luftdicht mit einem tubulierten Kolben, der durch ein Glasrohr mit einer Luftpumpe in Verbindung steht. Sobald die Luftverdünnung einen hinreichend hohen Grad erreicht hat, schmelzt man das Glasrohr zu und destilliert unter gelinder Erwärmung der Retorte und sehr starker Abkühlung der Vorlage. Bisweilen führt man die D. nicht mit einer Retorten- oder Blasenfüllung zu Ende, sondern läßt von der zu destillierenden Flüssigkeit beständig nachfließen, bis sich im Destillationsgefäß so viel nicht oder schwer flüchtige Substanzen angesammelt haben, daß man die D. unterbrechen muß. Soll das Destillat aus der Einwirkung zweier Substanzen auseinander hervorgehen, so muß man wohl das zuerst erhaltene Destillat in die Retorte zurückgießen und abermals destillieren (kohobieren). Vorteilhafter verbindet man die Retorte mit dem aufwärts gerichteten Kühlapparat, so daß die in letzterm verdichtete Flüssigkeit beständig in die Retorte zurückfließt. Ist endlich der Zweck erreicht, so bringt man den Kühlapparat in normale Lage und destilliert wie gewöhnlich.

Rektifikation

Wird der Zweck, den man mit der D. verfolgt, nicht in einer einzigen Operation erreicht, so muß das Destillat zum zweitenmal destilliert werden. Erhitzt man ein Gemisch leichter und schwerer flüchtiger Flüssigkeiten, so verflüchtigt sich zunächst diejenige mit dem niedrigsten Siedepunkt. Ein in das Gemisch tauchendes Thermometer zeigt beständig annähernd dieselbe Temperatur, bis der größte Teil der flüchtigsten Flüssigkeit übergegangen ist. Alsdann steigt das Thermometer, es entwickeln sich reichlich Dämpfe der Flüssigkeit, deren Siedepunkt nunmehr der niedrigste ist, und wiederum bleibt das Thermometer stationär, bis der größte Teil auch dieser Flüssigkeit destilliert ist. Dies Verhalten ermöglicht die Trennung mehrerer Bestandteile eines Gemisches, wenn deren Siedepunkte hinreichend verschieden sind. Man unterbricht dann die D. zu geeigneten, durch das Thermometer angegebenen Zeitpunkten und sammelt die Destillate gesondert (fraktionierte D.). Da aber eine vollständige Trennung nicht sofort erreicht wird, so rektifiziert man die Destillate und fängt gesondert auf, was bei einer Temperatur von einigen Graden unter und über dem Siedepunkte der rein darzustellenden Flüssigkeit übergeht. Durch wiederholte Rektifikation und Einschränkung der Temperaturgrenzen erhält man endlich Produkte, bei deren D. die Temperatur vom Anfang bis zum Ende stationär bleibt. Zur Erleichterung der fraktionierten D. setzt man auf den an Stelle der Retorte benutzten Destillierkolben ein Rohr mit zwei oder mehr Kugeln (Fig. 12), in denen die Dämpfe der weniger flüchtigen Substanzen verdichtet werden, so daß diese in den Kolben zurückfließen, während die Dämpfe der flüchtigsten Substanzen in den Kühlapparat gelangen. Ein Thermometer im obern Teile des Kugelrohrs zeigt die Temperatur der entweichenden Dämpfe an. Man hat auch in dem Glasrohr unter den Kugeln eine Anzahl von Näpfchen aus Platindrahtgewebe angebracht, in denen sich die Dämpfe der schwerer flüchtigen Flüssigkeiten verdichten (Linnemann). Um letztere schneller in den Kolben zurückzuführen, haben Le Bel und Henninger unter den Kugeln gebogene Ableitungsröhrchen angebracht. Glinsky benutzt in seinem vorzüglich arbeitenden Apparat statt der Platinnetze Glaskugeln (Fig. 13), und Hart bildet aus kleinen Trichtern mit U-förmig gebogenem Abflußröhrchen in einem weiten Glasrohr eine Säule, die von der verdichteten Flüssigkeit durchströmt wird.

Fig. 12. Fraktionierte Destillation.

In der Spiritusfabrikation, bei der Darstellung von Benzol etc. kommt es darauf an, aus einem Flüssigkeitsgemisch (Alkohol und Wasser, Benzol und Toluol) den einen Bestandteil möglichst schnell und vollständig und mit möglichst geringem Aufwand an Brennmaterial abzuscheiden. Man erreichte dies früher durch wiederholte Destillationen (Rektifikationen), benutzt jetzt aber Apparate, die das Ziel schneller und vollständiger in einer einzigen Operation und in kontinuierlichem Betrieb gestatten, so daß beständig zu destillierende Flüssigkeit in den Apparat eintritt, während Destillat und Destillationsrückstand ebenso beständig den Apparat verlassen.

Fig. 13. Apparat von Glinsky.

Diese komplizierten Apparate beruhen auf zwei verschiedenen Prinzipien. Erhitzt man eine Mischung von Alkohol und Wasser, so entwickelt sich Dampf, der bei seiner Verdichtung eine Flüssigkeit liefert, die verhältnismäßig mehr Alkohol und weniger Wasser enthält und bei niedrigerer Temperatur siedet als die ursprüngliche Flüssigkeit. Diese gibt bei hinreichend langem Sieden allen Alkohol ab, so daß reines Wasser zurückbleibt. Wird das erste Destillat abermals erhitzt, so wiederholt sich derselbe Vorgang, und man erhält abermals ein alkoholreicheres Produkt. Dies ist das Prinzip der Rektifikation. Werden aber die beim Erhitzen des Gemisches von Alkohol und Wasser sich entwickelnden Dämpfe auf eine bestimmte Temperatur, die noch über dem Siedepunkt des Alkohols liegt, abgekühlt, so verdichtet sich aus denselben eine Flüssigkeit, ein Gemisch von Alkohol und Wasser, dessen Siedepunkt unmittelbar unter jener Temperatur liegt, während alkoholreichere Dämpfe (wie sie sich beim Sieden dieser Flüssigkeit entwickeln würden) unverdichtet bleiben. Die erhaltene Flüssigkeit ist also alkoholärmer, der verbleibende Dampf alkoholreicher als der ursprüngliche Dampf vor der Abkühlung. Dies ist das Prinzip der Dephlegmation, und die erwähnten Apparate enthalten Teile, in denen Rektifikation und Dephlegmation wiederholt zur Anwendung kommen. Das Produkt ist fast reiner Alkohol. Fig. 14 zeigt eine Form der Rektifikationsvorrichtungen. Es sind flache kupferne Becken, oft in großer Zahl übereinander stehend, zu Säulen angeordnet. Die durch die Rohre a eintretenden Dämpfe werden durch darüber befindliche Glocken oder gebogene Rohre genötigt, durch die Flüssigkeit zu gehen, die sich anfangs in den Becken ansammelt, erhitzen dieselben zum Sieden und bringen sie mithin zum Verdampfen.

Fig. 14. Rektifikatoren.

Durch die Tropfrohre b wird der Stand der Flüssigkeit in den Becken geregelt und die Flüssigkeit von einem Becken zum andern und in die Blase zurückgeführt. Selbstverständlich ist die Temperatur in den untern Becken höher als in den obern, weil sich in letztern alkoholreichere Flüssigkeit findet als in den erstern. Aus der destillierenden Flüssigkeit wird von Becken zu Becken mehr Wasser abgeschieden, das schließlich in die Blase zurückgelangt. Einen Dephlegmator, das Pistoriussche Becken, zeigt Fig. 15. Es besteht aus einem runden kupfernen Becken mit einem Aufsatzrand d und einem lose eingelegten Zwischenboden b. Dieser letztere nötigt die durch a eintretenden Dämpfe, in der Richtung der Pfeile die untere und obere Fläche des Beckens zu bestreichen.

Fig. 15. Pistoriusches Becken.

Erstere wird durch die Luft, letztere durch ausfließendes Wasser gekühlt. Die hierdurch niedergeschlagene alkoholärmere Flüssigkeit fließt durch a nach der Blase zurück, während der alkoholreichere Dampf durch c in der Richtung nach dem Kühler weiter geht. Über die neuern Destillationsapparate für den Großbetrieb vgl. beifolgende Tafel.

Destillate kannte man schon in früher Zeit. Aristoteles spricht von der Herstellung süßen Wassers aus Meerwasser, und wahrscheinlich erhielt man es durch Verdichtung der Wasserdämpfe an einem über das Gefäß, in dem das Meerwasser kochte, gelegten Deckel. Einen solchen Apparat beschrieb Alexander von Aphrodisias im 3. Jahrh. Dioskorides und Plinius erzählen von der Gewinnung eines Öles aus Terpentin, das sich in der Wolle sammelte, die man über einen Topf ausbreitete, in dem das Harz erhitzt wurde. Die Alexandriner benutzten schon zwei Gefäße, eins zum Verdampfen der Flüssigkeit und eins zur Verdichtung des Dampfes. Ersteres bestand aus der Blase und dem Helm (alembic), von dem eine oder mehrere Röhren in die Vorlage führten. Die Retorte (retorta, ampulla, umgebogener Kolben) ist jedenfalls eine Erfindung der Abendländer. Die Alchimisten rektifizierten den Weingeist unter Anwendung gelinder Wärme und langer, wunderlich gekrümmter Kühlröhren.

Trockne Destillation

Die trockne D. ist der Zersetzungsprozeß, den organische Körper durch Einwirkung der Wärme bei Abschluß der Luft erleiden. Die Bezeichnung ist von der Art und Weise hergenommen, wie der Prozeß gewöhnlich eingeleitet wird. Die Substanzen werden in Glas- und Metallretorten ohne Zusatz von Wasser (also »trocken«) der Einwirkung der Wärme ausgesetzt und die Produkte, je nachdem sie bei gewöhnlicher Temperatur fest, flüssig oder gasförmig sind, in geeigneter Weise kondensiert und in passenden Gefäßen aufgefangen. Alle organischen Körper zersetzen sich bei hinreichend hoher Temperatur in einfachere Verbindungen. Manche geben dabei nur flüchtige Produkte, andre hinterlassen einen Rückstand, der sich schließlich auch bei höchster Temperatur nicht weiter verändert und wesentlich aus Kohlenstoff besteht. Die Zersetzungsprodukte der organischen Substanzen sind ungemein verschieden, und zwar liefert derselbe Körper je nach der Temperatur, der er ausgesetzt wird, verschiedene Produkte. Die gewöhnlichsten Produkte sind: Wasser, Kohlensäure, Kohlenoxyd, gasförmige, flüssige und starre Kohlenwasserstoffe, Essigsäure, Ammoniak, Phenole, Basen etc. Organische Körper von sehr komplizierter Zusammensetzung oder Gemenge, wie Holz, Torf, Steinkohlen etc., liefern sehr zahlreiche Zersetzungsprodukte: Gase, eine wässerige Flüssigkeit, die bei stickstofffreien Körpern sauer, bei stickstoffhaltigen alkalisch reagiert, und Teer von ungemein komplizierter Zusammensetzung. Steinkohlen, Braunkohlen, Holz werden der trocknen D. unterworfen, teils um Leuchtgas zu gewinnen, wobei Teer, Ammoniak, Essigsäure, Methylalkohol als Nebenprodukte gewonnen werden, teils behufs Darstellung von Holzessig, Teer, Paraffin, Photogen, teils auch des Destillationsrückstandes halber, in welchem Fall die Operation Verkohlung (bei Holz, Torf) oder Verkokung (bei Steinkohle) genannt wird. Als Destillationsgefäße (Retorten) benutzt man häufig an einem Ende geschlossene Schamotterohre von ovalem oder ∩-förmigem Querschnitt, die in der Regel liegend eingemauert und am vordern offenen Ende mit einem eisernen Mundstück versehen werden, um einen eisernen, luftdicht schließenden Deckel aufschrauben und ein Dampf- oder Gasableitungsrohr anbringen zu können. Andre Apparate werden in der Paraffinindustrie, bei der Koksbereitung, bei der Verkohlung von Holz etc. benutzt. Vgl. Hausbrand, Die Wirkungsweise der Rektifizier- und Destillierapparate (Berl. 1893); Derselbe, Verdampfen, Kondensieren und Kühlen (das. 1899); Singer, Die Destillierkunst der Neuzeit (4. Aufl., das. 1900); Klar, Technologie der Holzverkohlung etc. (das. 1903).

Im Volksmund heißt D. auch soviel wie Schnapsladen (Destille), Likörfabrik, Destillateur Likörfabrikant und Destillieren (Verwechselung mit Macerieren oder Digerieren) fälschlich auch das Extrahieren von Vegetabilien mit Spiritus.