Destillatie

Schematisch overzicht van een laboratoriumopstelling voor destillatie:
1: Hittebron
2: Kolf met te destilleren mengsel
3: Verbindingsstuk met vigreux
4: Thermometer
5: Condensor
6: Koelwater toevoer
7: Koelwater afvoer
8: Destillatiefles, opvang condensaat
9: Opening voor gastoevoer of vacuüm trekken
10: Slijpstuk/verbindingsstuk dat het condensaat opvangt
11: Thermostaat
12: Regeling roersnelheid
13: Magnetische roerder/verwarmer
14: Warmwater- of oliebad
15: Eventueel magnetische roervlo, glasparels of kooksteentje
16: Eventueel koelbad.

Destillatie is een techniek om door middel van verdamping twee of meer stoffen in een oplossing te scheiden, gebaseerd op het verschil in kookpunt van deze stoffen. (Het woordenboek kent de schrijfwijzen destilleren en distilleren. Bij de vervaardiging van alcoholhoudende dranken is het gebruikelijk van distilleren te spreken. Distilleerderij; gedistilleerde drank.) Bij destillatie gaat het om de vluchtigheid van de vloeibare stoffen.

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

Keteldestillatie

Tot het einde van de negentiende eeuw was keteldestillatie de enige beschikbare techniek. Daarbij wordt met behulp van een destillatieketel een mengsel in twee delen gescheiden. De techniek wordt nog steeds gebruikt bij de productie van bepaalde sterkedranken. De onnauwkeurigheid die keteldestillatie met zich meebrengt, wordt in die gevallen beschouwd als bevorderlijk voor een rijke smaak.

Kolomdestillatie

Voor de meeste toepassingen zal de scheiding echter niet voldoende zijn wanneer zo'n eenvoudige destillatie wordt uitgevoerd. Om de scheiding te verbeteren kan men tegenwoordig een zogenaamde destillatiekolom inzetten. Deze manier van destilleren wordt rectificeren of fractioneren genoemd.
Een destillatiekolom bestaat uit een holle, verticale buis met daarin een zogenaamde pakking of een groot aantal geperforeerde platen of schotels. Hierdoor is er een groot oppervlak waarop 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.

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 kerosine en stookolie.

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% ethanol 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.

Toepassingen

Enkele toepassingen van destillatie vormen alcohol, aardolie, water en lpg.

Alcohol

Waarschijnlijk de oudste toepassing van de destillatietechniek is het verkrijgen van sterk alcoholische dranken. Het destilleren wordt in het algemeen in dit geval meestal "stoken" genoemd. De benaming alcohol stamt trouwens van het Arabisch al-kuhul wat kool betekent en slaat op de houtskool die gebruikt werd om alcohol te stoken. Op deze wijze wordt bijvoorbeeld cognac, jenever, wodka of whisky geproduceerd. Thuis zelf alcohol destilleren is in bijna ieder land bij de wet verboden omdat de staat dan accijns misloopt. In Nederland is het in bezit hebben van een destilleerketel met een inhoud van meer dan 1 liter verboden. Wel is toegestaan om met een kleine destillatie-opstelling alcohol te scheiden van een gekochte fles sterkedrank. Hiermee kan dan b.v. likeur gemaakt worden.

Bij vergisting van vruchten komt ethanol en methanol vrij. Methanol wordt gevormd door de pectine uit de vruchten, is giftig en kan bij grote hoeveelheden zenuwschade veroorzaken en in extreme gevallen de dood. Dat komt doordat de methanol zich in het lichaam omzet in mierenzuur. In alle soorten alcoholische vruchtdranken (b.v. rode wijn) vindt men methanol, echter in kleine hoeveelheden. De maximum hoeveelheid die de dranken mogen bevatten ligt bij de wet vast.

Aardolie

Bij het destilleren van aardolie ontstaan fracties met verschillende kooktrajecten, die elk een verschillend gebruik kennen:

Fractie	Kooktraject (°C)
lpg	<20
benzine	20 - 150
nafta	150 - 180
kerosine	180 - 230
dieselolie	230 - 330
stookolie	330 - 370
bitumen	> 370

Water

Bij het destilleren van water kan zeer zuiver water zonder verontreinigingen worden verkregen. Dit kan bijvoorbeeld dienen in strijkijzers of in radiatoren van auto's of in accu's, waar het dus geen kalk afzet.

Lpg

Bij het gebruik van lpg, werkt de gasfles in wezen als destillatiekolom. Lpg is een mengsel van propaan en butaan. Het kookpunt van propaan ligt op -42°C en het kookpunt van butaan net iets onder 0°C, beiden bij atmosferische druk (binnen de gasfles liggen de kookpunten hoger omdat daar een hogere druk heerst). Als de fles wordt opengedraaid, gaat de inhoud dus koken en komt er in eerste instantie een gasmengsel uit met veel propaan en weinig butaan. Als de fles leger raakt wordt het percentage butaan steeds groter. Als de fles bij buitentemperaturen beneden 0°C gebruikt wordt, komt er uiteindelijk geen gas meer uit omdat er enkel nog vloeibaar butaan in zit.

Trivia

• De vergelijking van Antoine wordt veel gebruikt bij het berekenen van vloeistof-damp-evenwichten in bv. destillatie.

Zie ook

• Destillatie van lucht
• Extractieve destillatie
• Reactieve destillatie
• Stoomdestillatie
• Vacuümdestillatie

Externe link

• Online dictaat over scheidingsmethoden in chemie
• Achtergrondinfo destillatie
• homedistiller, wikipediaversie

Mediabestanden

Zie de categorie Distillation van Wikimedia Commons voor meer mediabestanden.