DE1011177B - Verfahren zur volumetrischen Messung der Ruecklauf- und Destillatmenge mittels Kolonnenkopfes - Google Patents

Verfahren zur volumetrischen Messung der Ruecklauf- und Destillatmenge mittels Kolonnenkopfes

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DE1011177B
DE1011177B DEK22894A DEK0022894A DE1011177B DE 1011177 B DE1011177 B DE 1011177B DE K22894 A DEK22894 A DE K22894A DE K0022894 A DEK0022894 A DE K0022894A DE 1011177 B DE1011177 B DE 1011177B
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/14Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by using distillation, extraction, sublimation, condensation, freezing, or crystallisation

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Description

  • Verfahren zur volumetrischen Messung der Rücklauf- und Destillatmenge mittels Kolonnenkopfes Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Meßvorrichtung für Rücklauf- und Destillatvolumina und damit der Gesamtbelastung von Laboratoriumskolonnen. Diese Kennzahlen sind wesentlich zur Beurteilung der Trennleistung einer Kolonne und konstanten Steuerung des Destillationsvorganges. Sowohl bei analytischen als auch präparativen Destillationen und Versuchsdestillationen analog den technischen Verfahren ist es notwendig, ein bestimmtes Rücklaufverhältnis = Rücklaufmenge genau Destillatmenge einzuhalten unddieBelastung = Rücklaufmenge + Destillatmenge genau zu messen und zu steuern. Bekannt sind bisher folgende Meßverfahren in Kolonnenköpfen für Laboratoriumsdestilliergeräte zu analytischen, prä parativen und Vergleichsdestillationen: Zählung fallender Tropfen mit Tropfspitzen, Tropfdornen und abgeschrägte Rohre, Steuerung der Rücklauf- und Destillatmenge mittels durchströmter Kapillaren unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen Durchmessers entsprechend dem gewünschten Rücklaufverhältnis.
  • Diesen Verfahren haften jedoch Mängel an, die eine exakte und vor allem reproduzierbare Bestimmung des Rücklaufverhältnisses und der Belastung der Kolonne ausschließen: Die Tropfengröße wird dabei von den temperaturabhängigen Stoffeigenschaften, wie Oberflächenspannung und Viskosität, beeinflußt. Da während einer Destillation die Temperatur ansteigt und bei Zwei- und Mehrstoffgemischen sich auch die Stoffeigenschaften stets ändern, macht es sich bei dieser Methode notwendig, in kurzen Zeitabständen die Tropfengröße immer wieder zu bestimmen und die Destillatabnahmemenge danach immer wieder neu einzustellen, um ein konstantes Rücklaufverhältnis einhalten zu können. Überschreitet man eine bestimmte Belastung, so bilden sich keine Tropfen mehr aus, sondern ein geschlossener Flüssigkeitsstrahl läuft ab, so daß eine Messung unmöglich wird. Auch bei der Verwendung von Kapillaren, deren Durchmesser und Längen so gewählt werden, daß sie einem bestimmten Rücklaufverhältnis entsprechen, ergibt sich ein erheblicher Einfluß der temperaturabhängigen Viskosität. Nachteilig ist weiterhin, daß man während der Destillation das Rücklaufverhältnis nicht ändern kann bzw. jedesmal einen neuen Satz Kapillaren einsetzen müßte, die dem jeweils gewünschten Verhältnis entsprechen.
  • Es ergab sich daraus die Aufgabe, einen Kolonnenkopf zu schaffen, der folgende Bedingungen erfüllt: Die Tropfengröße des Destillates und des Rücklaufes muß in jedem Zeitpunkt gleich groß sein, damit durch Tropfenzählen das Rücklaufverhältnis exakt gemessen werden kann.
  • Es muß die Möglichkeit bestehen, die Tropfengröße mit möglichst wenig Flüssigkeit nach ml zur Bestimmung der Belastung messen zu können, damit das Gleichgewicht der Kolonne nicht gestört wird. Erfindungsgemäß können diese Bedingungen dadurch eingehalten werden, daß sowohl in der Destillatpipette als auch in der Rücklaufpipette kurze Kapillaren gleicher Länge und gleichen Durchmessers eingesetzt sind, die unten eben geschliffen sind. Der Tropfen, den eine horizontale kreisförmige Fläche vom Halbmesser r mm tragen kann, wiegt höchstens 2 z r y mg. Abfallende Tropfen sind stets kleiner und wiegen 0 r y rn mg, wo Ai eine vom Halbmesser r der Tropffläche, der Oberflächenspannung y und der Dichte e der Flüssigkeit abhängige Größe ist. Da der Halbmesserr der Tropffläche sowohl an der Destillatkapillare als auch an der Rücklaufkapillare gleich groß ist und der Kolonnenkopf so konstruiert ist, daß in jedem Zeitpunkt Flüssigkeit gleicher Temperatur und gleicher Stoffeigenschaften, d. h. gleicher Oberflächenspannung und gleicher Viskosität von der Tropffläche abtropft, so ergibt sich, daß die Tropfengröße in Destillat- und Rücklaufpipette in jedem Zeitpunkt gleich groß ist und damit das mit einem Feineinstellhahn eingestellte Rücklaufverhältnis konstant bleibt bzw. während der Destillation auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann. Der Einfluß der unterschiedlichen Tropfenfolge auf die Größe der Tropfen ist so gering, daß er ohne weiteres vernachlässigt werden kann.
  • Die absolute Tropfengröße, die von der Dichte und Oberflächenspannung der Flüssigkeit abhängig ist, kann ohne Störung des Gleichgewichtes der Kolonne in der Destillatpipette gemessen werden, die unten verjüngt ist, so daß in diesem Teil eine genauere Messung bis 2 ml möglich ist. Damit läßt der Kolonnenkopf auch eine exakte Bestimmung der Belastung in jedem Zeitpunkt zu.
  • In der Abb. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Der Kolonnenkopf 1, der aus Glas hergestellt sein kann, ist für Normaldruck und Vakuumdestillation geeignet. Er wird auf eine Kolonne mit dem Schliff 1 aufgesetzt. Die aus der Kolonne aufsteigenden Dämpfe ziehen zunächst durch das mit Glaswollhalbschalen2 zur Vermeidung partieller Kondensation gut isolierte Dampfrohr 3 an dem Normschliffthermometer 4 vorbei zu dem Kühler 5. Die total kondensierten Dämpfe werden über das Rohr 6 zur Tropfkapillare 7 geleitet.
  • Der Raum oberhalb des Feineinstellhahnes 8 mit Einkerbung und verlängertem Hahnstopfen ist so kurz wir möglich gehalten, so daß sich ein Totvolumen von nur etwa 0,3 ml ergibt. Mit dem Feineinstellhahn 8 wird das gewünschte Rücklaufverhältnis nach Tropfenzahl eingestellt. Die Destillatmenge kann dann durch Schlitz ßen des Hahnes 8 a in der Destillatpipette 9 nach ml/Zeiteinheit gemessen werden, wobei gleichzeitig festgestellt wird, wieviel Tropfen 1 ml entsprechen, so daß auch die Belastung ermittelt wird. Die in der Destillatpipette 9 befindliche Tropfkapillare 7 besteht aus einem dickwandigen kurzen Rohr, dessen Ende plan geschliffen ist.
  • In der Rücklaufpipette 10 ist eine Tropfkapillare 11 in der gleichen Dimension angebracht, so daß in jedem beliebigen Zeitpunkt an beiden Tropfkapillaren Tropfen der gleichen Größe abtropfen und damit ein gleich bleibendes Verhältnis der Tropfenzahl an Tropfkapillarven 7 und 11 durch den Hahn 8 eingestellt werden kann. Zur genauen Messung im Bereich bis 2 ml sind sowohl Destillatpipette 9 als auch Rücklaufpipette 10 im unteren Teil verjüngt. Die Rücklaufpipette 10 besitzt einen Rohransatz mit Hahn 23, durch den bei Normaldruckdestillation die Belüftung, bei Vakuumdestillation die Evakuierung der Rücklaufpipette 10, erfolgt.
  • Die Destillationsabnahme erfolgt durch Öffnen des Hahnes 8 a in die Vorlagepipette 12, die durch einen Normschliff 13 mit dem Zwischenteil 14 verbunden ist, an dem an der Schlaucholive 15 auch Vakuum angeschlossen werden kann. Der Abtropfer 18 ist so angeordnet, daß die abtropfende Flüssigkeit nicht in die Vakuumleitung gezogen werden kann. Bei Normaldruckdestillation bleiben die Hähne 16 und 17 geöffnet. Bei Vakuumdestillation ist während des Betriebes Hahn 16 geöffnet, Hahn 17 auf Vakuum gestellt. Soll die Vorlage- pipette 12 entleert werden, wird Hahn 16 geschlossen und Zweiweghahn 17 zur Belüftung auf Atmosphäre gestellt. Nach der Entleerung evakuiert man die Vorlagepipette 12 wieder durch Hahn 17 in Vakuumstellung.
  • Sobald dies geschehen ist, wird auch Hahn 16 wieder geöffnet.
  • Das nicht als Destillat abgenommene Kondensat wird durch die Nase 19 gebremst und läuft als Rücklauf über die Tropfkapillare 11 durch die Rücklaufpipette 10 und die Verbindungsleitung 20 über den Verteilerkranz 21 zur Kolonne zurück. Zur Messung der Rücklaufmenge nach ml/Zeiteinheit kann der Hahn 22 geschlossen werden.
  • PATENTANSPR0CHE 1. Verfahren zur volumetrischen Messung der Rücklauf- und Destillatmenge mittels Kolonnenkopfes, dadurch gekennzeichnet, daß für Rücklauf und Destillat Tropfkapillaren (7, 11) mit gleichen Eigenschaften (gleicher Durchmesser, gleiche Länge, gleicher ebener Anschliff) verwendet werden, so daß das Rücldaufverhältnis konstant oder während der Destillation auf einen beliebigen Wert einstellbar ist, und der Rücklauf und das Destillat tropfen- und mengenmäßig unter normalem atmosphärischem Druck oder unter Vakuum meßbar sind.

Claims (1)

  1. 2. Kolonnenkopf zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem Feineinstellhahn (8) eine dickwandig ausgebildete, am unteren Ende plan geschliffene und polierte Destillatkapillare (7) nachgeordnet ist, die den oberen Abschluß einer Meßpipette (9) bildet, und eine mit Gefälle, einer Nase (19) vorgelagerten Rücklaufkapillare (11) gleicher Ausführung, den oberen Abschluß einer zweiten Meßpipette (10) bildet, durch die das Kondensat über ein Rohr (20) der Kolonne wieder zugeführt wird.
    3. Kolonnenkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung von Hähnen (16, 17, 23) eine Messung sowohl bei Normaldruck als auch bei Vakuum möglich ist.
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