Při destilaci se využívá toho, že složky směsi přecházejí do páry různě snadno. U směsi ethanolu a vody ale tento princip narazí na hranici: při atmosférickém tlaku existuje složení, při němž se kapalina a vznikající pára chovají z hlediska poměru obou látek stejně. Další destilace pak už směs běžným způsobem neobohatí o ethanol.
Co je azeotrop
Azeotrop je směs, která při varu vytváří páru se stejným složením, jaké má kapalina. V běžném destilačním procesu bývá pára bohatší na těkavější složku, takže po jejím zkondenzování získáme směs s vyšším podílem ethanolu. U azeotropu se ale tento rozdíl vytratí: pára už není na ethanol bohatší než kapalina v kotli.
Směs ethanolu a vody vytváří při atmosférickém tlaku azeotrop přibližně při 78,2 °C. Obsahuje asi 95,63 % ethanolu hmotnostně, což odpovídá přibližně 96,47 % objemově. Nejde o dvě různá maxima, ale o dvě odlišná vyjádření koncentrace. Hmotnostní procenta popisují podíl z celkové hmotnosti, objemová podíl z objemu; čísla proto nelze zaměňovat.
Proč nepomůže další rektifikační stupeň
Rektifikační kolona opakovaně využívá rovnováhu mezi kapalinou a párou. Každý další stupeň může směs postupně přiblížit k vysoké koncentraci ethanolu. Čím blíže je ale azeotropu, tím hůře se obě složky rozdělují. Vyšší počet stupňů ani intenzivnější vracení části zkondenzované páry do kolony tento limit při stejném tlaku nepřekonají.
Vysvětlení nespočívá jen v tom, že čistý ethanol a čistá voda mají různé teploty varu. Směs se nechová jako dvě nezávislé kapaliny, které lze oddělit pouhým „odebráním“ té těkavější. Její rovnovážné chování je neideální a právě při azeotropním složení mají kapalná i plynná fáze stejný poměr ethanolu a vody. Destilace tak ztrácí schopnost směs dál obohacovat.
Rektifikovaný líh není absolutní ethanol
Vysokoprocentní rektifikovaný líh se může k azeotropu přiblížit, ale není totéž co absolutní ethanol. Například evropské minimum pro líh zemědělského původu je 96,0 % objemových. To odpovídá přibližně 95,3 % hmotnostních, takže je tato hodnota těsně pod azeotropním limitem při atmosférickém tlaku. Údaj 96 % obj. proto není v rozporu s tím, že azeotrop dosahuje zhruba 96,47 % obj.
Absolutním neboli bezvodým ethanolem se označuje ethanol, z něhož byla voda odstraněna dalším separačním principem, nikoli pouhým pokračováním běžné rektifikace. Slovo „absolutní“ přitom nemusí znamenat matematicky přesných 100,000 % ethanolu ani doslova nulový obsah vody. Konkrétní dosažená čistota závisí na specifikaci a způsobu měření.
Když se tedy mluví o tom, že destilací nelze získat 100% ethanol, přesnější je dodat: běžnou destilací či rektifikací směsi za atmosférického tlaku nelze překonat její azeotropní složení. Výsledkem může být velmi koncentrovaný líh, nikoli však absolutně čistý ethanol.