Ostateczne oczyszczanie destylatu

Produkt powstający z uwadniania etylenu lub z destylacji fermentowanych węglowodorów (skrobia i cukier) jest mieszaniną wody i etanolu nazywaną ogólnie alkoholem/etanolem/spirytusem. Jako rozpuszczalnik czy paliwo taki etanol musi być oczyszczony. Dzięki destylacji frakcyjnej (rektyfikacji) jesteśmy w stanie skoncentrować etanol do 95.6% (WAGOWO!), 89.5 mol%. Mieszanina 95.6% etanolu i 4.4% (wagowo) wody jest azeotropem i nie może być już bardziej oczyszczona metodą tradycyjnej destylacji. Taki alkohol 95.6% (wagowo) jest jednym z najpopularniejszych rozpuszczalników chemicznych. Istnieje kilka metod otrzymania (odwadniania) mieszaniny etanol-woda w celu uzyskania zawartości etanolu wyższej niż 95.6% (wagowo - już nie będę powtarzał).

Wapno lub sól.

Po destylacji/rektyfikacji etanol 95,6% może być dodatkowo oczyszczony przez „suszenie” wapniem (tlenek wapnia) lub innego materiału higroskopijnego takiego np. jak sól kamienna. Gdy dodamy tlenek wapnia do mieszaniny etanolu i wody tworzy się wodorotlenek wapnia. Wodorotlenek wapnia można oddzielić od 'czyściejszego' już etanolu. Podobnie przepuszczając mieszaninę azeotropową etanolu i wody przez środek silnie higroskopijny np. sól kamienną, część wody zostanie pochłonięta przez sól zostawiając stopniowo coraz mniej uwodniony etanol.

Dodatek destylacyjny

Azeotrop etanol-woda może być oddzielony destylacją 'benzenową' po dodaniu do mieszaniny małej ilości benzenu. Po destylacji jako pozostałość w kociołku mamy praktycznie czysty, bezwodny etanol z minimalną ilością benzenu (kilka części benzenu na milion części etanolu). Benzen jest jednak trucizną i taki etanol nie nadaje się do użytku spożywczego.

Sito molekularne

Kolejną metodą 'doczyszczenia' azeotropu etanol+woda jest zastosowanie 'sita' molekularnego 'odsiewającego' wodę od etanolu. Takim sztucznie produkowanym 'sitem' jest wybrana substancja z grupy zeolitów. Mogą też być użyte inne, bardziej dostępne, preparaty takie jak: mąka kukurydziana, słoma czy trociny z wybranego drewna. O ile dany zeolit może być odnawiany poprzez przepuszczanie przezeń gorącego dwutlenku węgla o tyle mąka, słoma czy trociny są jednorazowego użycia. Etanol wyprodukowany tą metodą nie ma pozostałości benzenu i używany jest nawet do wzmacniania win typu port i sherry.

Oddzielanie membranowe (osmoza?)

Do oddzielania wody od etanolu używane są też specjalne membrany, które – nie działając na zasadzie równowagi para-ciecz (destylacja) - są w stanie odseparować te dwie ciecze (lub mieszaninę dwóch par). Po wstępnym skoncentrowaniu (destylacja) spirytusu stosuje się albo membranę oddzielająca pary albo taką, która dzieli ciecze. Wynikiem tej metody jest etanol absolutny bez skażeń.

Podciśnienie (próżnia).

Przy ciśnieniach niższych od atmosferycznego azeotrop etanol-woda wzbogaca się w etanol wprost proporcjonalnie do podciśnienia. Przy ciśnieniu mniejszym od 70 torów (~9,3 paskala; ~0,09 atm) zjawisko azeotropu zanika i możliwa jest destylacja (próżniowa), w wyniku której otrzymuje się bezwodny etanol. Metoda ta jest ciągle bardzo kosztowna jednak badania nad jej usprawnieniem i zmniejszeniem kosztów trwają.

Należy nadmienić, że etanol bezwodny (alkohol absolutny) jest bardzo higroskopijny – pochłania wodę z otoczenia i musi być trzymany w szczelnych naczyniach. Pozostawiony na jakiś czas (?) w naczyniu otwartym pochłonie tyle wody z otoczenia aby znów stać się azeotropem 95,6% (wagowo).

Źródło – wikipedia - tłumaczenie z ang.