Destillatie of distillatie 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. Mengsels van twee of meer vloeistoffen kunnen alleen door destilleren worden gescheiden als de verschillende vloeistoffen kookpunten hebben die vrij ver uit elkaar liggen. Als dat niet zo is, komt er geen zuivere stof, maar een mengsel uit de koeler. Het woordenboek kent zowel de schrijfwijze "destilleren" alsook "distilleren". Bij de vervaardiging van alcoholhoudende dranken is het gebruikelijk over distilleren te spreken, maar beide termen zijn correct.
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. Wanneer men trapsgewijs destilleert, spreekt men van rectificatie.
De geschiedenis van de destillatie gaat terug tot de klassieke oudheid, waar het werd toegepast in de laboratoria van de alchemisten in Alexandrië, gedurende de eerste eeuwen na Christus. Vanaf de 13e eeuw werd de techniek vooral toegepast bij de productie van alcohol en alcoholische dranken. Pas tegen het einde van de 18e eeuw begon men het proces op wetenschappelijke wijze te onderzoeken. Een efficiëntieverbetering werd bereikt door Magelhaens (1780) middels toepassing van een tegenstroomwarmtewisselaar, waarbij de condensatiewarmte weer aan de voedingsstroom werd toegevoerd. In 1771 werd op laboratoriumschaal voor het eerst een condensor toegepast door Weigel, die in 1830 door Justus von Liebig in glas werd uitgevoerd.
Aldus ontwierp de Fransman J.B. Cellier Blumenthal in 1813 de eerste rectificatiekolom. Naast de alcoholproductie was het de raffinage van suiker, waarbij men de destillatieprocessen trachtte te begrijpen en te verbeteren. Hier moesten grote hoeveelheden water uit de melasse worden verdampt, en men zocht naar middelen om het brandstofverbruik te verminderen. In Duitsland, waar de industrie van synthetische kleurstoffen, gebaseerd op de destillatie van steenkoolteer, in de 2e helft van de 19e eeuw een hoge vlucht nam, werden nieuwe variaties op de rectificatiekolommen ontwikkeld.
Bij continue destillatie wordt constant evenveel grondstof aan de ketel toegevoegd als er aan destilaat verdwijnt. Dit in tegenstelling tot discontinue destillatie waarbij de ketel steeds geleegd wordt. 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.
Voor veel toepassingen is de scheiding niet voldoende wanneer een eenvoudige destillatie wordt uitgevoerd. Wanneer als voorbeeld een ideale oplossing van twee ideale vloeistoffen (25% pentaan en 75% heptaan) wordt genomen, in zuivere toestand respectievelijk kokend bij 36°C en 98°C, dan zal in het mengsel het kookpunt van pentaan hoger zijn dan het normale kookpunt van 36°C. Als pentaan kookt is de dampdruk ervan gelijk aan de luchtdruk. Dampdruk is een gevolg van het aantal moleculen pentaan in de dampfase.
In een mengsel is slechts een deel van de plekken aan het vloeistofoppervlak bezet door pentaan. Er kan dus minder snel pentaan naar de dampfase. Het afwijkende kookpunt in het mengsel ten opzichte van de zuivere component is een gevolg van een toename van de entropie (mate van wanorde) ten opzichte van de vloeistoffen in zuivere toestand en daarom een thermodynamische eigenschap. Met andere woorden: de dampdruk boven het mengsel neemt af en het kookpunt toe als pentaan zich in een omgeving van heptaan bevindt.
Stel dat dit mengsel met behulp van een destillatiekolom wordt gescheiden, dan zal aan het begin van de destillatie met 25% pentaan en 75% heptaan in oplossing, de dampsamenstelling in de kolom bij temperatuur voor 50% uit pentaan bestaan (a2') en voor 50% uit heptaan. Belangrijk is dat de temperatuur van het mengsel daalt naarmate de dampsamenstelling in de kolom verandert. Het gevolg is dat het pentaan bij een steeds lagere temperatuur kan verdampen in tegenstelling tot heptaan.
Bij continu-destillatie, zoals onder andere gebruikt bij de raffinage van aardolie, worden de verschillende fracties op verschillende hoogtes uit de kolom afgetapt. Een schematische weergave van het effect van herhaalde destillatie bij aanwezigheid van een azeotroop in het fasediagram is illustratief. Sommige mengsels vertonen geen kooktraject. Wanneer ze worden gekookt, heeft de dampfase precies dezelfde verhouding als de vloeistoffase. 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.
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. 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.
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 vindt men methanol, echter in kleine hoeveelheden. Bij het destilleren van water kan zeer zuiver water zonder verontreinigingen worden verkregen. Bij het gebruik van LPG werkt de gasfles in wezen als destillatiekolom.
Een vigreuxkolom (destillatiekolom) versterkt de scheiding doordat er meerdere "schotels" zijn waar damp en vloeistof contact maken. Een vigreuxkolom is geen destillatiekolom, maar wordt wel in combinatie met een kolom gebruikt. Een Ponchon-Savarit diagram illustreert dat bij sommige systemen de enthalpie-lijnen parallel lopen, maar in de praktijk komt dit zelden voor. In een destillatiekolom volgen we doorgaans continue contact over trays of packing, waardoor steeds verdere verrijking van de vluchtigere component optreedt.
Destillatiekolommen maken gebruik van verschillende ontwerpen zoals batchkolom en continue kolom. Een basis batchkolom destilleert een invoer volledig en start daarna een nieuwe batch. Een continue kolom heeft reboiler, refluxvat en meerdere trays of vullingen die zorgen voor een efficiënte verdamping-condensatie-cyclus. De refluxverhouding bepaalt hoeveel van het condensaat terugvloeit en verder zuiverd wordt.
Voor toepassingen met wateronmengbare stoffen of thermisch instabiele stoffen is stoomdestillatie of vacuümdestillatie geschikt. De opstelling omvat een stoomgenerator en een condensator; bij vacuümdestillatie wordt het kookpunt gemeten bij de bijbehorende druk. De rotavap (rotatieverdamper) is het meest gebruikte instrument op laboratoriumschaal voor oplosmiddelenverwijdering.
Gedestilleerd water is een veelgebruikt product; demiwater en ultrapuur water hangen samen met hun productieprocessen zoals ionenwisseling en omgekeerde osmose. De keuze van destillatiemethode hangt af van vier parameters: kookpuntverschil, thermische stabiliteit, gewenste schaal en benodigde zuiverheid. Als vuistregel geldt: bij kookpuntverschil groter dan 25°C volstaat eenvoudige destillatie; bij kleiner verschil is fractionele destillatie nodig.
Destillatie brengt risico's met zich mee zoals verhitting van ontvlambare oplosmiddelen en drukopbouw in gesloten systemen. Draag altijd een veiligheidsbril en labjas. In de meeste overzichten worden eenvoudige destillatie, fractionele destillatie en stoomdestillatie als de drie klassieke basistechnieken beschouwd. Eenvoudige destillatie vereist meestal één verdampings- en condensatiestap; fractionele destillatie maakt gebruik van een fractioneerkolom om meerdere verdampings-condensatiecycli te doorlopen.
Destillatie is een fysiochemische scheidingstechniek die gebaseerd is op dampdrukken en kookpunten, en wordt toegepast van laboratorium tot petrochemische industrie. De techniek blijft een hoeksteen in chemie, voeding, farmacie en milieuvriendelijke processen door hergebruik van oplosmiddelen en zuivering van verbindingen.
Hoe een destillatiekolom werkt || Complete handleiding voor chemische ingenieurs
tags: #destillatie #groef #in #gevel