Destillatie is een klassieke manier om vloeistoffen te scheiden op basis van hun kookpunt. Toch zit er bij ethanol een natuurlijke limiet: hoe efficiënt de installatie ook is, ethanol kan met gewone destillatie niet verder worden gezuiverd dan ongeveer 95–96%. Boven dit punt stopt het scheidingsproces simpelweg.
De oorzaak? Ethanol vormt met water een azeotroop mengsel dat tijdens het koken dezelfde samenstelling houdt. Hierdoor kun je ethanol niet verder zuiveren door simpelweg langer of heter te destilleren.
In dit artikel leggen we uit wat een azeotroop is, waarom ethanol “vastloopt” bij 96%, en welke extra technieken de industrie gebruikt om absoluut (watervrij) ethanol te produceren.
Wat Is Een Azeotroop?
Een azeotroop is een mengsel van twee vloeistoffen dat een vast kookpunt heeft en tijdens het koken niet van samenstelling verandert. De damp die vrijkomt heeft precies dezelfde verhouding als de vloeistof.
In het kort:
- Het mengsel kookt alsof het één enkele stof is.
- Je kunt het door destilleren niet verder scheiden.
- Dit ontstaat door sterke interacties tussen de moleculen, waardoor ze zich niet meer “ideaal” gedragen.
Wanneer een mengsel een azeotroop vormt, houdt gewone destillatie op met werken, ook bij perfecte apparatuur.
Het ethanol–water azeotroop: waarom 96% de limiet is
Ethanol en water vormen een speciaal constant-kokend mengsel (een azeotroop) bij:
- 95,6% ethanol
- 4,4% water
Dit mengsel kookt bij ongeveer 78,2°C, net onder het kookpunt van zuivere ethanol (78,37°C).
Waarom is dit belangrijk?
Omdat dit azeotroop het laagste kookpunt in het mengsel heeft, gedraagt het zich anders dan een normaal mengsel:
- De samenstelling van de damp = samenstelling van de vloeistof
- Beide vloeistoffen verdampen samen in een vaste verhouding
- Extra destilleren verandert niets meer aan de zuiverheid.
Vanaf dit moment gedraagt het mengsel zich als één stof. Daardoor kan gewone destillatie nooit meer dan ~96% ethanol opleveren.
Waarom destillatie stopt bij het azeotroop
Destillatie berust op verschillen in vluchtigheid. Ethanol is normaal gesproken vluchtiger dan water, dus in de vroege stadia van destillatie neemt de ethanolzuiverheid gemakkelijk toe. Maar zodra het azeotroop wordt bereikt, verdwijnt dit scheidingsvermogen.
Het mengsel heeft dan het damp-vloeistof-evenwicht bereikt waarbij:
- Het kookpunt constant is
- De samenstelling constant is
- De damp niet langer “rijker” wordt aan ethanol
Het maakt niet uit hoe lang of hoe intensief je het proces uitvoert: de zuiverheid blijft rond de 95–96% hangen.
Waarom industrie toch hoger dan 96% ethanol nodig heeft
Industriële installaties hebben ethanol nodig in verschillende zuiverheidsgraden. De 96% ethanol (ook wel rectified spirit genoemd) is eenvoudig te produceren via standaarddestillatie. Maar processen zoals chemische synthese, productie, coatings en analytisch werk vereisen vaak:
- Absoluut ethanol (99–100%)
- Watervrij ethanol
- Watervrij ethanol voor vochtgevoelige reacties
Omdat destillatie het azeotroop niet kan doorbreken, maakt de industrie gebruik van aanvullende droogmethoden, zoals:
- Moleculaire zeven
Poreuze vaste stoffen die watermoleculen adsorberen terwijl ethanol achterblijft.
Ze kunnen de ethanolzuiverheid verhogen tot meer dan 99,9%. - Azeotrope of extractieve destillatie
Hierbij wordt een derde stof (een entrainer) toegevoegd om het kookgedrag te veranderen en het azeotroop te doorbreken. - Vacuümdestillatie
Door de druk aan te passen veranderen de kookeigenschappen, wat helpt bij verdere scheiding.
Deze technieken leveren ethanol dat volledig watervrij en geschikt is voor industriële en laboratoriumtoepassingen.
Commercieel beschikbare standaardzuiverheden van Ethanol
Ethanol is verkrijgbaar in verschillende zuiverheidsgraden, afhankelijk van de toepassing en wettelijke eisen. De meest gebruikte commerciële concentraties zijn:
Ethanol 70%
Deze concentratie wordt veel toegepast in omgevingen waar een verdunde alcoholoplossing gewenst is, bijvoorbeeld voor algemene reiniging of laboratoriumtoepassingen waarbij een lagere alcoholsterkte voldoende is. Door de verhouding water–ethanol kan de vloeistof beter bepaalde oppervlakken bereiken dan hogere concentraties.
Ethanol 96%
Dit is de meest gebruikte hoge zuiverheidsgraad in industrie en laboratoria. Ethanol 96% (rectified spirit) wordt geproduceerd via standaarddestillatie en benadert het natuurlijke maximum van het ethanol–water-azeotroop. Het is geschikt voor uiteenlopende technische en industriële processen waar een bijna watervrije alcohol nodig is.
Samenvatting
Ethanol kan niet boven 95–96% worden gedestilleerd omdat het een constant-kokend azeotroop vormt met water. Bij deze samenstelling hebben damp en vloeistof dezelfde verhouding, waardoor destillatie niet verder werkt.
Het azeotroop heeft een iets lager kookpunt dan zuivere ethanol, waardoor het mengsel zich tijdens het koken gedraagt als één enkele stof.
Om watervrij ethanol te verkrijgen, moeten industrieën extra droogstappen toepassen, zoals moleculaire zeven of gespecialiseerde destillatietechnieken. Deze chemische beperking is fundamenteel en geldt voor alle destillatiesystemen, van laboratoria tot grootschalige industriële installaties.