Destillatie
Destillatie is in de scheikunde een techniek om twee of meer stoffen te scheiden gebaseerd op het verschil in kookpunt. (Het woordenboek kent de schrijfwijzen destilleren en distilleren. Bij de vervaardiging van alcoholhoudende dranken is het gebruik van distilleren te spreken. Distilleerderij; gedistilleerd.)
Wanneer twee vloeistoffen zijn gemengd zal, wanneer men het mengsel voorzichtig kookt, normaal gesproken van de twee stoffen die met het laagste kookpunt iets meer verdampen dan de andere. In de dampfase is dan een hogere fractie van deze laagkokende stof aanwezig dan in het oorspronkelijke mengsel, en in de achterblijvende vloeistof een hogere fractie van de hoogkokende stof. Door de damp af te voeren en te condenseren in een ander vat kan men zo een scheiding maken tussen de twee verbindingen.
Wanneer men trapsgewijs destilleert, spreekt men van rectificatie. Met rectificatie is het ook mogelijk om meerdere componenten uit een mengsel van elkaar te scheiden
Inhoud |
[bewerk] Destillatiekolom
Meestal zal de scheiding echter niet voldoende zijn wanneer zo'n eenvoudige destillatie wordt uitgevoerd. Om de scheiding te verbeteren kan men een zogenaamde destillatiekolom inzetten. Deze manier van destilleren wordt rectificeren of fractioneren genoemd. Een destillatiekolom bestaat uit een holle buis met daarin een zogenaamde pakking, een materiaal met een groot oppervlak waarmee vloeistoffen en gassen intensief met elkaar in contact gebracht worden. De damp wordt dan niet meteen na de vorming gescheiden en gecondenseerd, maar omhoog geleid door de kolom. De damp die boven uit de kolom treedt wordt gecondenseerd en in de kolom teruggevoerd. In de kolom ontstaat zo een opgaande dampstroom en een neergaande vloeistofstroom die in de kolom met elkaar in contact komen. Hierbij vindt een uitwisseling plaats: De hoogkokende producten hebben de neiging naar de vloeistoffase te gaan en de laagkokende producten naar de dampfase. Hierdoor wordt de damp bij het naar boven gaan aangerijkt met vluchtige bestanddelen en de vloeistof gelijktijdig met minder vluchtige bestanddelen. Er zal zich een temperatuurevenwicht instellen waarbij naarmate men hoger in de kolom komt, een steeds lagere temperatuur heerst. De zuiverheid van de laagkokende verbinding(en) zal naar boven toe in de kolom steeds verder toenemen. Een (klein) deel van de damp die de top van de destillatiekolom heeft bereikt wordt nu afgescheiden gecondenseerd!
Bij continu-destillatie, zoals onder andere gebruikt wordt bij de raffinage van aardolie, worden de verschillende fracties op verschillende hoogtes uit de kolom afgetapt. Hier wordt in eerste instantie niet gestreefd naar volledige scheiding, maar naar het produceren van mengsels met bepaalde toepassingsgebieden, zoals benzine, kerosine, stookolie en dergelijke.
[bewerk] Kooktraject
Gedurende een batch-destillatie behoudt het mengsel niet hetzelfde kookpunt. Het mengsel zal een zogenaamd kooktraject vertonen: de temperatuur loopt op naarmate meer van de laagkokende component wordt afgedestilleerd. Door de oplopende temperatuur zal de zuiverheid van de damp bovenin de destillatiekolom steeds lager worden.
Wanneer het doel van de destillatie is om de laagkokende component zo zuiver mogelijk in handen te krijgen, is het verstandig vroeg met de destillatie te stoppen. Wanneer echter het doel is om de hoogkokende component zuiver over te houden, moet men langer met de destillatie doorgaan. Men kan eventueel meerdere destillatiefracties maken door het condensaat dat in verschillende fasen wordt gevormd gescheiden op te vangen; elke fractie heeft dan haar eigen zuiverheid. Men kan ook een deel van de fractie terugsturen(=reflux)naar de kolom waar het nog een keer kan worden gescheiden, daardoor wordt een nog geconcentreerder eindproduct verkregen.
Dit gebeurt bijvoorbeeld bij de olieraffinage: de ruwe aardolie, die een mengsel is van veel verschillende koolwaterstoffen, wordt gedestilleerd door middel van continu-destillatie. Er worden destillatiefracties bij verschillende temperaturen opgevangen, en deze worden voor verschillende doeleinden gebruikt en onder verschillende namen verkocht: zo zijn er bijvoorbeeld petroleum, kerosine, en stookolie.
[bewerk] Azeotroop
Sommige mengsels vertonen geen kooktraject. Wanneer ze worden gekookt, heeft de dampfase precies dezelfde verhouding als de vloeistoffase. Deze mengsels, die azeotroop worden genoemd, kunnen niet door destillatie worden gescheiden.
Een bekende azeotroop is een mengsel van 96% alcohol en 4% water.
Een azeotroop heeft, als consequentie van de wetten van de thermodynamica, altijd een kookpunt dat óf hoger is dan het hoogste van de twee kookpunten van de componenten, óf lager is dan het laagste van de twee kookpunten van de componenten. Het laatste is het geval voor het alcohol/water azeotroop.
[bewerk] Toepassingen
Enkele toepassingen van destillatie
- Waarschijnlijk de oudste toepassing van de destillatietechniek (dan gewoonlijk distillatie genoemd) is het verkrijgen van sterkalcoholische dranken uit wijn of bier. Zo wordt bijvoorbeeld cognac of whisky geproduceerd. Thuis zelf alcoholische dranken destilleren is in bijna ieder land bij de wet verboden omdat de staat dan accijns misloopt. Dat hierbij een grote concentratie van het giftige methanol kan worden verkregen is echter een fabeltje. Destillatie voegt geen stoffen toe die niet al in de gedestilleerde grondstof aanwezig waren en wie uitgaat van wijn zonder methanol kan geen methanolrijk giftig resultaat produceren. Bij sommige gistingen ontstaat echter naast andere vluchtige verbindingen ook wel iets methanol. Om deze reden wordt een kleine voorfractie van het destillaat (enige procenten) meestal weggegooid.
- Bij het destilleren van aardolie ontstaan fracties met verschillende kooktrajecten, die elk een verschillend gebruik kennen:
|
Fractie |
Kooktraject (oC) |
| benzine | 20 - 150 |
| nafta | 150 - 180 |
| kerosine | 180 - 230 |
| dieselolie | 230 - 330 |
| stookolie | 330 - 370 |
| bitumen | > 370 |
- Bij het destilleren van water kan zeer zuiver water zonder verontreinigingen worden verkregen.
