In dit blogbericht onderzoeken we waarom scheidingstechnologie in de chemische technologie wordt beschouwd als de kerntechnologie die de productkwaliteit en productiekosten bepaalt.
De rijstoogst van dit jaar lijkt tegen te vallen door de vele regen. Desondanks bruist het platteland van de activiteit wanneer de oogsttijd aanbreekt. Maar stel je voor dat na een vreugdevolle oogst alle dorsmachines in het hele land kapotgaan, waardoor het onmogelijk wordt om de rijstkorrels te scheiden. Boeren zouden zich onmiddellijk zorgen maken over hun bestaanszekerheid vanwege de onverkoopbare rijst. Wat wij waarderen is de eetbare korrel die van de kaf is gescheiden, niet de korrel die er nog in zit.
Een vergelijkbare situatie doet zich voor in de chemische industrie. Als het produceren van producten uit grondstoffen door middel van chemische reacties de chemische industrie definieert, dan kan het initiëren van deze reacties vergeleken worden met landbouw, terwijl het scheiden van alleen de gewenste stof van het resulterende product lijkt op het dorsen. Net zoals dorsen essentieel is voor het gebruik van rijst als voedsel, is het proces van het scheiden van de gewenste stof even cruciaal. De materiaalstroom die een chemische reactor verlaat, bevat niet alleen het gewenste product, maar ook diverse andere stoffen. Grondstoffen zelf bevatten onzuiverheden, en als er ongewenste reacties optreden, moeten ook de bijproducten worden verwijderd. Bovendien worden grondstoffen die niet reageren, onzuiverheden.
Deze onzuiverheden veroorzaken verschillende schadelijke effecten: ze veroorzaken ongewenste reacties, verslechteren de mechanische eigenschappen van het product of hebben een negatieve invloed op de menselijke gezondheid en het milieu. Daarom kan worden gesteld dat het resulterende product, dat door chemische reacties ontstaat, een scheiding en zuivering moet ondergaan om een waardevol product te worden.
Het meest gebruikte apparaat in scheidingsprocessen is de destillatiekolom. U heeft zich misschien afgevraagd wie de hoge, torenhoge structuur is die het meest opvallende kenmerk is van een chemische fabriek. Deze structuur, die lijkt op een schoorsteen maar geen rook uitstoot, is de destillatiekolom. Net zoals water kookt bij 100 °C, heeft elke stof zijn eigen kookpunt. Destillatie is de methode om stoffen te scheiden door gebruik te maken van het feit dat kookpunten voor elke stof verschillen.
Voorbeelden van distillatie zijn gemakkelijk te vinden in het dagelijks leven. Zo worden gedistilleerde dranken zoals whisky of soju geproduceerd door alcohol te concentreren via distillatie. Alcohol kookt bij ongeveer 78 °C. Door een temperatuur tussen 78 °C en 100 °C aan te houden, verdampt de alcoholcomponent gemakkelijker. Het watercomponent blijft ondertussen vloeibaar. Door de verdampte damp op te vangen, ontstaat een vloeistof met een hoge alcoholconcentratie. In de chemische industrie wordt dit distillatieprincipe op een veel grotere en complexere schaal toegepast. Destillatiekolommen die in chemische fabrieken worden gebruikt, vereisen doorgaans een zuiverheid van meer dan 90%, waardoor hun omvang en complexiteit aanzienlijk verschillen van die welke worden gebruikt voor het distilleren van alcohol. Het fundamentele principe blijft echter hetzelfde.
Zoals de omvang van destillatiekolommen al doet vermoeden, kunnen de kosten van scheidingsprocessen aanzienlijk zijn, soms zelfs hoger dan de kosten van de chemische reactie zelf. Vooral bij producten waarbij zuiverheid cruciaal is, is het niet ongebruikelijk dat de kosten van het scheidingsproces meer dan 50% van de uiteindelijke productprijs uitmaken, inclusief kosten voor grondstoffen, transport en opslag. Om deze reden nemen scheidingsprocessen een centrale positie in binnen de chemische technologie; in extreme gevallen wordt scheiding uitgevoerd zonder chemische reacties. Het aardolieraffinageproces is hiervan een goed voorbeeld, waarbij het primaire doel is om de verschillende componenten die al in ruwe olie aanwezig zijn, te scheiden. Hoewel chemische reacties gedeeltelijk in dit proces worden gebruikt, draait het in essentie om scheiding.
Bovendien wordt er, naast destillatie, momenteel onderzoek gedaan naar diverse scheidingstechnologieën. Zo scheidt membraanscheidingstechnologie stoffen selectief in gasvormige of vloeibare toestand door ze door extreem dunne membranen te leiden. In vergelijking met destillatie verbruikt deze technologie minder energie en heeft een kleinere impact op het milieu, waardoor het een veelbelovende scheidingstechnologie van de volgende generatie is.
Adsorptietechnologie scheidt stoffen door ze selectief te adsorberen op een vast oppervlak, en wordt voornamelijk gebruikt om specifieke verontreinigende stoffen uit lucht of water te verwijderen.
Scheidingsprocessen zijn niet alleen een essentieel onderdeel van chemische processen, maar spelen ook een cruciale rol in andere industrieën. Zo worden scheidingsprocessen in de voedselverwerking toegepast om onzuiverheden uit dranken of eetbare oliën te verwijderen, of om specifieke componenten uit grondstoffen te concentreren. In de farmaceutische industrie zijn scheidingsprocessen essentieel voor het verhogen van de zuiverheid van verbindingen tijdens de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen. De noodzaak van scheidingsprocessen is dan ook enorm in diverse industrieën, omdat ze de kwaliteit en veiligheid van de producten die ze produceren, waarborgen.
In de chemische technologie zijn scheidingsprocessen niet slechts één stap in een reeks; ze zijn cruciale factoren die de kwaliteit en kosten van het eindproduct bepalen. Zonder scheidingsprocessen kunnen stoffen die door chemische reacties ontstaan, niet goed worden gebruikt. Onjuiste scheiding kan de productprestaties aantasten of het milieu negatief beïnvloeden. Scheidingsprocessen zullen blijven worden onderzocht en ontwikkeld als een kerngebied van de chemische technologie. De technologie van scheidingsprocessen is essentieel om de diverse producten die de mensheid gebruikt efficiënter en veiliger te maken. Hierdoor kunnen we betere producten verkrijgen en een duurzaam milieu behouden.
