זיקוק

זיקוק (בלועזית: דיסטילציה, Distillation) הוא תהליך פיזיקלי להפרדה של תערובת נוזלים על בסיס נקודות הרתיחה השונות של מרכיביה.

צורות שונות של זיקוק

זיקוק פשוט 
במערכת פשוטה של זיקוק מרתיחים את התערובת, ואת האדים העולים מעבים בחלקו העליון של הכלי ומוליכים לכלי נפרד. אדים אלו הם המצב הגזי של החומר בעל נקודת הרתיחה הנמוכה ביותר בתערובת. לאחר מכן מגיע תורו של החומר הבא לרתוח, וכן הלאה, עד להפרדת התערובת לכל מרכיביה.

באמצעות מדידה קבועה של טמפרטורת התערובת במהלך תהליך הזיקוק ניתן לדעת מתי מפסיק החומר האחד לרתוח (כלומר, מתי הוא התאדה כולו וכבר אינו נמצא בתערובת) ומתי מתחיל החומר הבא לרתוח. במהלך הרתיחה עצמה הטמפרטורה אינה משתנה; לדוגמה, אם מים מהווים מרכיב בתערובת ונמצאים בכמות כזו שמשך רתיחתם המלאה הוא 5 דקות, הרי שטמפרטורת התערובת כולה תעמוד על 100 מעלות צלזיוס (נקודת הרתיחה של המים) במשך 5 דקות, זאת על אף שחימום התערובת נמשך. לאחר התאדותם המלאה של המים תתחיל הטמפרטורה לעלות בקצב מהיר ותיעצר שוב כשתגיע לנקודת הרתיחה של החומר הבא.

זיקוק מפריט רב-שלבי 
בזיקוק מפריט רב-שלבי, שהוא תהליך הזיקוק הנפוץ בהנדסה כימית, משתמשים בעמוד זיקוק הבנוי ממגשים או פלטות. חלק מהתוצר הגזי מעבים ומחזירים לראש העמוד בצורת נוזל וחלק מהתוצר הנוזלי מרתיחים ומחזירים לתחתית העמוד בצורת גז. בכל מגש (שלב) בעמוד יש מגע מתמשך בין הנוזל לגז והגעה לשיווי משקל נוזל אדים, שפירושו מעבר של החומר הנדיף יותר לפאזה הגזית ושל החומר הנדיף פחות לפאזה הנוזלית. בתכנון הנדסי נכון, הכולל חישובי אנרגיה ומסה מורכבים, ניתן להגיע להפרדה טובה מאוד בין המרכיבים השונים. מערכות זיקוק המים הגדולות ביותר מופעלות על היבשה כדי להפיק מים מותפלים ממי ים. מערכות זיקוק מים רבות מופעלות כיום באזורים שכמויות הגשמים היורדים בהם מעטות. יש בהן המפיקות מיליוני ליטרים של מים ליממה. באי מלאכותי ליד לוס אנג'לס יש מתקן זיקוק המפיק 250 מיליון ליטר מים ביממה, בעזרת כור גרעיני המשמש לחימום המים. גם בארץ פועלים כמה מפעלים ניסיוניים להתפלת מים בשיטת הזיקוק, וחלק ממי השתייה של העיר אילת מקורו במפעל מעין זה. מערכות קטנות יותר לזיקוק מים מצויות בבתי חולים ובמעבדות מחקר, שכן אלה זקוקים למים טהורים יותר ממי ברז. מי הברז, גם כשהם נראים לנו צלולים ונקיים, מכילים תמיסה של מלחים שונים בשיעורים שונים. התמיסות המשמשות את הכימאי במחקריו, או את הרוקח בהכנת תרופות, צריכות להיות בדרגת ניקיון גבוהה, ולכן יש להכין אותן ממים מזוקקים. הוא הדין בתמיסת האלקטרוליט שבמצבר המכונית.

שימושים תעשייתיים בזיקוק 
תהליך הזיקוק נפוץ מאוד בתעשיית המשקאות האלכוהוליים ובתעשייה הכימית - במיוחד בתעשיית הנפט. בבית זיקוק של נפט מתרחש זיקוק הנפט במכלי ענק. מרכיבי הנפט השונים - למעשה אלקאנים בעלי שרשרת פחמימנית באורך שונה - מתאדים בטמפרטורות שונות, וכל אחד מהם מהווה מוצר נפט שונה: האלקאנים הקצרים, המתאדים בטמפרטורות נמוכות, משמשים כדלק למכוניות (בנזין), האלקאנים הארוכים יותר משמשים כדלק למטוסים (קרוסין), והאלקאנים הארוכים ביותר משמשים כשעוות ופלסטיקים.

זיקוק אלכוהול (אתנול) 

זיקוק אלכוהול הוא תהליך שמגדיל את אחוז האלכוהול בתמיסה מותססת.

בתהליך הזיקוק מאדים את התמיסה, היות שטמפרטורת האידוי של כוהל יותר נמוכה משל המים בתמיסה, כשמאדים כחצי מהתמיסה מתאדים כ-80 אחוזים מהכוהל, כך שאם הייתה תמיסה עם כ-12 אחוזי כוהל, לאחר זיקוק אחד התמיסה תכיל כ-20 אחוז כוהל. ככל שהמכשירים שמשתמשים בהם יותר טובים, היכולת לרכז את התמיסה טובה יותר.

בתעשיית המשקאות מזקקים לריכוז שבין 70 ל-96 אחוז. לריכוז סביב ה-70% מגיעים לאחר שני תהליכי זיקוק. לאחר מכן, מורידים את אחוז האלכוהול לחוזק בקבוק (40% ומעלה, בדרך כלל) באמצעות מהילה במים. בתעשיית הוויסקי הסקוטית נהוג להוריד את חוזק התזקיק לחוזק של 63.5% לפני מילוי החבית, כך שניתן יהיה לבצע החלפת חביות בין מזקקות בלי לנסות לחשב את הפחת המתאדה, המכונה "חלק המלאכים".  

על מנת לבצע זיקוק יש להרתיח את התמיסה בסיר לחץ עם יציאה אחת לאדים, שתעבור למתקן קירור כדי ליצור עיבוי. טמפרטורת הרתיחה הנמוכה של הכוהל מצריכה דיוק ושליטה בתהליך ואם נשאר גז בצינורות הוא מכיל בעיקר כוהל. לכן, יש לנסות לעבות את הגז בטמפרטורה נמוכה ככל האפשר ולאחר מכן להעביר את הנוזל למכל אחר. בנוסף, בתמיסה המזוקקת נוכח אחוז גבוה של מתנול, שהיא תרכובת רעילה ומסוכנת בניגוד לאתנול. לכן כאשר מזקקים אלכוהול יש צורך להפטר מחלקו כדי שהתוצר הסופי יהיה טוב לשתייה.

מאחר שאי אפשר לאטום את המכל האחרון, כל גז שמגיע אליו צפוי להתנדף.

סוגים של זיקוק אלכוהול 

זיקוק דודי
זיקוק רציף

ראו גם
אבני רתיחה
לזר אדליאנו - כימאי רומני, יהודי. מגלה תהליך הזיקוק הבררני של הנפט על בסיס מסיסותם הספציפית של התזקיקים השונים בגופרית דו-חמצנית נוזלית (1908).

קישורים חיצוניים

 הדגמת תהליך זיקוק הנפט, באתר משרד החינוך
 כיצד מבצעים זיקוק מוצלח?, באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי
 
  

כימיה פיזיקלית
הנדסה כימית