Von der Flüssigkeit zum Dampf - Der Vorgang der fraktionierten Destillation

Fach Chemie

Klasse 11

Autor muckel316

Veröffentlicht am 31.07.2018

Schlagwörter

Fraktionierte Destillation

Zusammenfassung

Was ist wichtig bei einer fraktionierten Destillation und wie viel Vorgänge sind notwenig? Wo liegt der Siedepunkt und was hat das alles mit dem Thema Erdöl zutun ? Was ist ein destillatives trennen und wie macht man das? Diese Fragen werden genau hier beantwortet

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Die fraktionierte Destillation

Was ist eine fraktionierte Destillation?

Bei der fraktionierten Destillation steigt Dampf auf und es kondensiert je nachdem wo der Siedepunkt liegt auf den Glockenböden.
Dort kann das Kondensat je nach Bedarf entnommen werden, das überschüssige Kondensat wird anschließend zurückgeleitet und man wiederholt den Vorgang ein weiteres mal.

Die Destillation findet in einem sogenannten Destillationsturm statt. Das heißt, dass die Glockenböden unterteilt sind und das Erdöl in Fraktionen aufgeteilt wird.

Die Fraktion mit einer niedrigeren Siedetemperatur kondensiert eher als die Fraktion mit einer höheren Siedetemperatur.

Das Crackverfahren

Das Wort Crack stammt aus dem Englischen und heißt soviel wie aufbrechen. Das heißt, das die großen Kohlenstoffmoleküle in kleinere zerlegt werden und dafür werden zwei unterschiedliche Crackverfahren verwendet. Da gibt es das thermische Cracken und das katalytische Cracken.

Bei dem thermischen Crackverfahren wird die Fraktion unter Druck auf eine Temperatur zwischen 450 Grad bis 500 Grad erhitzt. Bei dem katalytischen Verfahren wird ebenfalls auf eine Temperatur von 450 Grad erhitzt, jedoch wird das in Gegenwart eines Katalysators gemacht. Dabei entsteht ein höheres Umwandlungsergebnis und es erfolgt unter besserer Qualität.

Fraktionierte Destillation von Erdöl

Die fraktionierte Destillation findet in zwei Schritten statt. Im ersten der zwei Schritten, werden die leicht verdampfbaren Produkte bei einem normalen Druck ( atmosphärische Destillation ) getrennt. Im zweiten Schritt hingegen, werden die schwer verdampfbaren Produkte genommen und im Vakuum destilliert, diesen Vorgang nennt man Vakuumsdestillation.

Der Siedepunkt einzelner Verbindungen kann im Vakuum deutlich veringert werden, ohne das man sie durch viel zu hohe Temperaturen zerstören muss.

Eine Destillation finden in Destillationskolonnen statt, das heißt, dass die Temperaturverteilung innerhalb einer Destillationskolonne nach oben hin abnimmt. In den verschiedensten Ebenen einer sogenannten Kolonne befinden sich unterschiedliche Sammelstellen. In diesen Sammelstellen, werden die jeweiligen Fraktionen verflüssigt, gesammelt und letztendlich abgesondert.

Beispiel für die fraktionierte Destillation

Wir brauchen alle das Erdöl, dieses Erdöl ist eines der teuersten Rohstoffe und stammt auf den Tiefen des Bodens. Jedoch können wir es so, wie es aus dem Boden kommt nicht nutzen und aus diesem Grund muss es durch eine fraktionierte Destillation umgewandelt werden. Aus diesem Grund werden die beiden bereits angesprochenen Destillationsarten verwendet, auf die ich auch noch näher eingehen werde.

Die Atmosphärische Destillation

Bei der atmosphärischen Destillation handelt es sich um den ersten Schritt des Destilliervorganges. Im Industriellenvorgang heißt dieser Schritt “Rafinerie”. Dabei wird das Erdöl erhitzt und bei verschiedensten Gradzahlen wird das Öl aussortiert. Es sind zwischen < 30 Grad bis hinzu 400 Grad bei diesem Vorgang notwendig.
Es wird hier in folgende Kolonien aussortiert: Schwerbenzin, Kerosin, Leichtbenzin und andere Flüssigkeiten sowie Gase aussortiert.

Am Schluss bleibt als Restdestillat, bleibt Schweröl übrig. Dies bildet bei Zimmertemperatur eine porösen bis hinzu einer festen Eigenschaft. Um dieses Schweröl pumpfähig machen zu können, muss man es auf 50 bis 60 Grad erhitzen. Um es überhaupt nutzen zu können, muss es schon auf 150 bis 160 Grad erhitzt werden.

Schweröle werden bei der Vakuumdestillation im Bunker C umgewandelt, dies wird bei Schiffen genutzt um den Motor starten zu können. Auch in der Industrie wird es zur Befeuerung mancher Maschinen genutzt. Ein minimaler Anteil des Schweröl´s geht an sämtliche verschiedene Öle.

Das Schweröl enthält 2% unbrennbare aber hochgiftige Stoffe, aus diesem Grund wird dieses Öl von den Umweltaktivisten nicht gern gesehen und als Sondermüll bezeichnet.

Destillatives trennen

Wenn ein CH30H - H20 Gemisch beim erhitzen vorliegt, stellt sich beim Erhitzen eine niedrigere Siedetemperatur ein. Bei Ethanol handelt es sich um 65 Grad. Dabei verdampft das CH30H und dieser Dampf wird aufgefangen und gekühlt, bis die Siedetemperatur der zu destillierenden Flüssigkeit unterschritten wird. Dabei kondensiert der Dampf, der Methanoldampf enthält jedoch nur einen gewissen Anteil an Wasser. Dafür ist ein Grund, das die Methanolmoleküle beim durchdringen der Flüssigkeitsoberfläche die Wassermoleküle mitreißen. Zum anderen liegt es daran, das bei jeder Flüssigkeit bereits vor dem Erreichen des Siedepunktes etwas von der Flüssigkeit verdampft.

Das Verdampfen nimmt mit der stetig steigenden Temperatur zu und ist bei der Destillation hinderlich.

Die Temperatur bei dem Methanol-Wassergemisch und des daraus entstehenden Wasserdampfes bleibt solange bei ihren 65 Grad bis das Methanol vollends verdampft ist. Erst danach steigt die Temperatur der Flüssigkeit und des Dampfes auf 100 Grad an und erst dabei beginnt auch das Wasser zu sieden.

Ein Temperaturanstieg erfolgt stetig und nicht rasant, das hat auch seine Gründe. Denn die letzten vorhandenden Methanolmoleküle benötigen eine höhere Energiemenge um die geschlossene Flüssigkeitsoberfläche zu durchstoßen.

Der Siedepunkt

Bei dem Siedepunkt handelt es sich um den Punkt, wo die Flüssigkeit in einen dampfförmigen Zustand übergeht und die Temperaturen der Dampfphase und der Flüssigkeit gleichwertig sind.

Wenn der Siedepunkt durch das Erhitzen erreicht ist, steigt die Temperatur nicht weiter an, dies erfolgt so lange nicht, bis die Flüssigkeit vollends verdampft ist. Die Temperatur der Flüssigkeit und des Dampfes haben ist die gleiche und der Siedepunkt wird an verschiedenen Größen festgemacht. Zum einen ist es der Dampfdruck und zum anderen der Außendruck, diese muss die Flüssigkeit überwinden.

Zum Erhitzen der Flüssigkeiten, bis sie den Siedepunkt erreicht haben, wird grundsätzlich eine niedrigere Temperatur benötigt, als wenn man die Flüssigkeit in einen dampfförmigen Zustand bringen möchte.