Vakuumdestillation

Bei der Vakuumdestillation handelt es sich um ein Destillationsverfahren, das bei niedrigem Druck (Vakuum) durchgeführt wird. Dadurch wird die Siedetemperatur der zu trennenden Flüssigkeiten erniedrigt und die leichterflüchtige Komponente verdampft bei einer wesentlich niedrigen Temperatur als bei Normaldruck. Die Vakuumdestillation stellt ein schonendes Trennverfahren dar, wobei Stoffe getrennt werden können, die sich bei höheren Temperaturen zersetzen würden (z.B. Gewinnung von pflanzlichen Essenzen) oder Cracken z.B. trennen langkettiger Kohlenwasserstoffe in der Erdölraffinerie.

Vakuumdestillation bei der Raffination von Erdöl
Bei der Erdölverarbeitung wird die bei fraktionierten Destillation übrig bleibende schwere Fraktion des Rohöles der Vakuumdestillation zugeführt und dort in Bitumen, schweres Heizöl und andere Schweröle getrennt. Im vorgeschalteten Destillationsschritt wird mit Temperaturen um 370 °C gearbeitet. Eine weitere Erhöhung der Temperatur würde zu einer Zersetzung der Rohölbestandteile führen. Daher wird bei der Vakuumdestillation bei geringfügig erhöhter Temperatur, aber mit stark abgesenktem Druck nahe dem Vakuum - daher auch der Name - destilliert. Die schweren Fraktionen aus der Vakuumdestillation werden teilweise zur Gewinnung leichterer Fraktionen dem nächsten Verfahrensschritt zugeführt und dort gecrackt.


Destillationsteile
In der Vakuumdestillation unterscheidet man zwischen Vakuumsumpfprodukt und Vakuumkopfprodukt. Das Vakuumsumpfprodukt ist der Teil, der nicht verdampft, da er zu schwer ist. Das Vakuumkopfprodukt ist der Teil, der durch Packungen (nicht Glockenböden) nach oben steigt. Die Kopfprodukte sind Vakuumgasöle, welche später zu Dieseltreibstoff und Benzin weiterverarbeitet werden. Das Vakuumsumpfprodukt wird vorwiegend zu Bitumen und schwerem Heizöl (Schiffstreibstoff) verarbeitet.


Geschichte des Vakuums [Bearbeiten]Die Idee des Vakuums stammt wahrscheinlich von Leukipp oder seinem Schüler Demokrit und war eine tragende Säule des Weltbildes der epikureischen Philosophie. Diese nahmen an, dass die Materie aus unteilbaren kleinsten Teilchen (Plural: atomoi) aufgebaut ist, die sich im leeren Raum, also im Vakuum, bewegen und nur infolge der Leere des Raumes die Möglichkeit zur Bewegung und Interaktion haben. Diese Annahme wurde aber vor allem von Aristoteles und seiner Akademie abgelehnt, da sich Aristoteles eine Bewegung ohne treibendes Medium nicht denken konnte; man dachte sich den Raum zwischen den Gestirnen daher von einem Äther erfüllt und postulierte den sogenannten horror vacui: eine Abneigung der Natur gegen das Leere. Auch die Platonische Schule lehnte es ab, an das Nicht-Seiende zu glauben. Im Mittelalter galt Aristoteles als Autorität. Obwohl wieder von Giordano Bruno aufgegriffen und verteidigt, konnte sich die Idee vom Vakuum erst mit den ersten Demonstrationen durchsetzen.

Das erste irdische (beziehungsweise von Menschen geschaffene) Vakuum wurde von Evangelista Torricelli mit der Hilfe einer Quecksilbersäule in einem gebogenen Glasrohr hergestellt. Blaise Pascal konnte kurz darauf mit seinem berühmten Versuch vide dans le vide im November 1647 erstmals beweisen, dass ein Vakuum tatsächlich existieren kann. Populär wurde das Vakuum durch Otto von Guericke, den Erfinder der Luftpumpe. Er spannte im Jahre 1657 Pferde an zwei Metallhalbkugeln (siehe Magdeburger Halbkugeln), aus denen er vorher die Luft herausgesaugt hatte. Der beobachtete Effekt ist allerdings keine Eigenschaft des Vakuums, sondern vielmehr durch den Druck der umgebenden Luft bedingt.

Robert Williams Wood beobachtete erstmals 1897 den Tunneleffekt im Vakuum bei der Feldemission von Elektronen, konnte diesen Effekt allerdings noch nicht richtig deuten.

Im ausgehenden 16. Jahrhundert wurde noch angenommen, dass sich Licht nicht im Vakuum, sondern nur in einem Medium, dem sogenannten Äther ausbreiten könne. Albert Abraham Michelson und Edward Williams Morley versuchten mit einem Interferometer vergeblich, die Existenz eines solchen Äthers nachzuweisen. Durch die allgemeinen Akzeptanz der Speziellen Relativitätstheorie Albert Einsteins von 1905 gilt das Äther-Konzept als überholt und die Ausbreitung von Licht im Vakuum als erwiesen.

Die Streuversuche von Ernest Rutherford zeigten 1911, dass Alpha-Teilchen eine Goldfolie ohne Widerstand durchqueren können. Dies zeigte, dass die Masse von Atomen in einem - verglichen mit ihrer gesamten Ausdehnung - winzigen Kern konzentriert ist. Darauf aufbauend entwarf Niels Bohr ein Modell, nach dem die Elektronen den Atomkern umkreisen, wie die Planeten die Sonne. Im Inneren der Atome und zwischen ihnen schien also ein Vakuum zu herrschen. Obwohl man diese Sichtweise noch gelegentlich in der Literatur antrifft, gilt das Innere der Atome heute als von den Aufenthaltsbereichen der Elektronen (Orbitale) ausgefüllt.

Gerd Binnig und Heinrich Rohrer entwickelten das Rastertunnelmikroskop, bei dem das kontrollierte Zwei-Elektroden-Tunneln im Vakuum ausgenutzt wird. Das Verfahren wurde 1979 zum Patent angemeldet.