3. KOLONNEN

 

Ved konstruktionen af kolonner til industrielt brug, er det teoretiske grundlag normalt yderst omfattende, med beskrivelser af strømningsforhold, stofoverføringshastigheder, fugtehastigheder, effektforbrug, varmetab etc. Da det for en enkeltperson (der ikke er kemiingenør) er næsten uoverkommeligt at både indsamle korrekte måleresultater og dernæst lave beregninger ud fra et utal af komplicerede formler, vil jeg indskrænke dette kapitel til at behandle grundprincipperne i kolonnens virkemåde. Ved opvarmning af en blanding af ethanol og vand, vil blandingen, som nævnt tidligere, dele sig i to faser af forskellig størrelse og med forskelligt ethanolindhold. Den ene fase er den damp der dannes (gas/damp fasen) og den anden er den væske der bliver tilbage (væskefasen). Beskaffenheden af disse to faser afhænger af trykket og den tilførte varmeenergi (temperatur). Undtagelsen herfra er dog 96% ethanol der ikke umiddelbart lader sig adskille i to faser med forskelligt ethanolindhold. En 96% ethanolblanding siges derfor at være azeotrop. Det er dog muligt, eksempelvis ved tilsætning af benzen, at afdestillere absolut (100 %) ethanol, men det kræver en kompliceret viden (og gravid pengepung) at konstruere et apparat der kan løse opgaven. Ledes ethanoldamp fra en kedel op gennem et varmeisoleret rør, vil røret efter et stykke tid, overalt, have samme temperatur som den fra kedlen opstigende damp, ligesom der vil herske ens ligevægt overalt i røret. Afkøles nu den fra røret udkommende damp og ledes tilbage ned langs siden af røret, vil temperatuen i røret ændres, således at der i toppen af røret vil herske en relativt lav temperatur, der gradvist øges ned gennem røret. Regner man med et konstant tryk og en konstant tilbageløbsmængde med ensartet temperatur vil man se at tilbageløbet på dets vej gennem røret vil fasedele sig i sammensætninger der afhænger af den til enhver tid eksisterende temperatur og omgivende damps sammensætning. Da en 10% ethanol-vand blanding kræver 95 grader for at danne en 39% dampfase, mens en 39% ethanol-vand blanding kun kræver 83 grader for at danne en 75% dampfase, ser man at dampens ethanolkoncentration vil øges op gennem røret. Da azeotropen (96% ved ca. 1 atm.) findes ved 77,65 grader er det essentielt at kedeltemperatur og tilbageløb justeres sådan at der i toppen af røret findes netop denne temperatur. Da den tilbageløbende vædske ikke blot skal nå at fasedele sig afhængigt af temperaturen, men også skal danne ligevægt med den fra kedlen opstigende damp er det vigtigt den bruger så lang tid som muligt på at passere rørets temperaturzoner, samt at den på vej ned gennem røret, når at komme i berøring med en så stor dampmængde som muligt. Ved at forlænge røret, gøres temperaturzonerne bredere, og ved at øge den overflade, som tilbageløbet og dampen skal passsere, forlæges ikke blot den tid tilbageløbet opholder sig i en given temperaturzone, men også kontakttiden med den opstigende damp. Problemet kan praktisk løses med et længere og bredere kolonnerør, der fyldes med genstande der har en stor overflade, men som samtidig tillader dampen at passere uden nævneværdig luftmodstand, (Disse genstande benævnes ikke overraskende som fyldelegmer). Disse fyldelegmer kan bestå af småsten, glaskugler eller de ret kostbare raschig-ringe der ikke er til at betale for andre end statsinstitutioner og fabrikslaboratorier. På toppen af kolonnerøret kan man placere en lille vandkøler der blot skal være i stand til at fortætte dampen til vædske. Denne vædske ledes nu til et T-formet glasrør, hvis nederste ben, via en lille hane, er forbundet til toppen af kolonnerøret, således at vædsken først skal fylde den nederste gren af T-et før noget vil "løbe over" og kunne udtages til hovedkøleren. Ved hjælp af hanen kan man nu regulere den mængde destillat der skal ledes til enten hovedkøleren, eller direkte tilbage i kolonnen hvor den vil regulere temperaturen og vædske/damp sammensætningen og dermed ethanolkoncentrationen. Den ende af røret der udmunder i kolonnen skal have en meget lille åbning sådan at den væskemængde der findes i røret, udøver et tryk på udmundingen der mere end ophæver modtrykket i kolonnens top. Hvis der i toppen af kolonnen er placeret et termometer, kan tilbageløbet reguleres direkte på grundlag af temperaturaflæsningen, idet temperatuen skal ligge så tæt på azeotropen som muligt. Som kolonnerør kan anvendes et almindeligt nedløbsrør i ca. 1,5 meters længde. Røret fyldes med f.eks. småsten fra en indkørsel (Husk at koge dem først) eller små stålsvampe af den type der bruges til rengøring af køkkengrej. Udvendigt kan røret isoleres med et tykt lag rockwool eller flydene skum (der minimum skal kunne holde til temperaturer op til 100-110 grader celcius). Husk at der i bunden af røret skal være en rist der forhindrer fyldelegmerne i at skvatte ned i kedlen. I toppen af røret bores et lille hul, hvor røret til tilbageløbet skal placeres. Da dette rør skal slutte tæt kan man for eksempel sætte det igennem en lille gummiprop. Plasticpadding, kontaktlim og modellervoks bør undgås som tætningsmiddel. Man kan naturligvis lave apparatet af en konventionel køkkenkedel forsynet med en stump plasticslange der ledes under en vandhane. En sådan Mickey-mouse opstilling giver dens tvivlsomt lykkelige (og utvivlsomt dybt alkoholiske) ejer et startdestillat på en 30-40 procent fuselsjask. En opstilling af denne type ligger ikke blot uden for dette skrifts rammer, den er også direkte pinlig, og den vil derfor ikke blive yderligere omtalt i dette skrift.