100% etanol?
Du har gjerne hørt at etanol ikke blir mer konsentrert enn 96 vol%. Det er sant at en ikke kommer høyere enn 96% når en destillerer en blanding av etanol og vann, men det er flere måter å produsere 100% etanol på.
Etanoldestillasjon
Etanol har et kokepunkt på 78,5 °C mens vann koker ved 100 °C. Når du blander etanol og vann og koker løsningen får du et kokepunkt som er avhengig av blandingsforholdet. En blanding med 10 % etanol i vann, vil koke ved 92 °C, og dampen vil inneholde 50% etanol. Om du kondenserer denne dampen, og koker opp kondensatet på nytt, vil kokepunktet være 82 °C og dampen vil nå inneholde 78 % etanol.
Dette er prinsippet for destillering og alkoholstyrken i dampen vil alltid være større enn i væsken du koker av, helt til du kommer til 96 % etanol.
96 % etanol vil koke ved 78,5 °C og dampen vil også inneholde 96 % etanol, det er altså ikke mulig å få høyere konsentrasjon enn 96 % etanol ved vanlig destillasjon. Vi kaller dette en azeotrop, som er gresk for ingen endring ved koking. Etanol koker av men tar alltid med seg 4% vann om det er vann tilstede i blandingen. Det er derfor umulig å få 100% etanol ved destillasjon av en vann/etanol blanding.
Azeotropisk destillasjon
For å få 100 % etanol må en fjerne vannet på en annen måte. Det er flere måter å gjøre dette på. Tidligere brukte en azeotropisk destillasjon. En tilsetter då et tredje stoff som også koker av som en azeotrop med vann, men ved en lavere temperatur en etanol/vann azeotropen (87,5 °C). En tilsatte derfor nok av det tredje stoffet til at det kunne ta med seg alt vannet i blandingen. Teoretisk sett kan en for eksempel tilsette sykloheksan. Ren sykloheksan koker ved 81,4 °C, men lager en azeotrop ved 69,8 °C, denne azeotropen inneholder 8,5 % vann. Så ved å tilsette 91,5g sykloheksan til en blanding med 96% etanol (og 4 % vann) vil en kunne dampe av 100 g av en azeotrop med sykloheksan og vann. Disse 100g vil teoretisk sett inneholde 8,5 g vann.
Det som er ekstra luddig er at vann ikke er løselig i sykloheksan, derfor vil vannet separere seg ut og legge seg på bunnen når du kondenserer denne azeotropen. Vannet kan kastes og sykloheksanen gjennbrukes. Deretter kan etanol dampes av som 100 % etanol fra rester av sykloheksan.
Det er flere problem med denne metoden. Den er energikrevende og selv i industrielle destillasjonskolonner, er det nesten umulig å bli kvitt rester av sykloheksan i etanolen da det bare er 2 °C som skiller kokepunktet til 100 % etanol og 100 % sykloheksan. En slik azeotropisk destillasjon for fremstilling av 100 % etanol er derfor bare av historisk interesse, og er svært farlig å prøve selv da sykloheksan og andre stoffer som kan brukes til dette, som benzen, er alle giftige.
Pervaporering
I dag fjernes vann fra 96 % etanol med en prosess som kalles pervaporering. Oppvarmet etanol/vannløsning presses gjennom rør laget av et membranmateriale, mange slike rør er satt inn i en sylinder som står under delvis vakuum. Membranen har små hull og en ladet overflate. De små vannmolekylene som er mer ladede enn de større etanolmolekylene, slipper ut gjennom membranrørene og inn i vakuumrøret, der blir vannet fordampet på grunn av lavt trykk. På denne måten må en kun tilføre nok energi for å fordampe vannet, noe som gjør denne prosessen mye rimeligere og sikrere enn azeotropisk destillasjon.