Erdöl und die fraktionierte Destillation

Erdöl und die fraktionierte Destillation Übung

• Beschreibe den Prozess der fraktionierten Destillation.

  Tipps

  In welcher Eigenschaft unterscheiden sich die Komponenten, die getrennt werden sollen?

  Es werden sehr viele verschiedene Komponenten getrennt, dazu müsste öfter hintereinander destiliert werden. Welches Hilfsmittel wird anstelle dessen verwendet?

  Lösung

  Rohöl ist ein Stoffgemisch. Möchte man ein Stoffgemisch in seine einzelnen Komponenten trennen, muss man nach Eigenschaften suchen, in denen sich die einzelnen Komponenten unterscheiden. In diesem Fall weisen die einzelnen Komponenten unterschiedliche Siedepunkte auf. Die Trennung erfolgt dann über eine Destillation. Wird die Destillation in einer Kolonne durchgeführt, die ein großes Temperaturgefälle aufweist, lassen sich gleich mehrere Komponenten auf einmal trennen. Dazu hat die Kolonne mehrere Böden mit Glocken. An diesen Glocken erfolgt dann die Verdampfung und Kondensation. An den unterschiedlichen Temperaturbereichen kann man so unterschiedliche Fraktionen erhalten.

• Ordne die Fraktionen der Erdöldestillation in einer Kolonne.

  Tipps

  Je größer die Moleküle, desto höher der Siedepunkt.

  Lösung

  Die Trennung in einer Destillationskolonne erfolgt über unterschiedliche Siedepunkte. Je höher also der Siedepunkt einer Verbindung, desto weiter unten in der Destillationskolonne wird er abgenommen. Diese Verbindungen kondensieren also relativ weit unten in der Kolonne. Werden die Siedepunkte niedriger, bleiben die Moleküle also auch bei niedrigeren Temperaturen gasförmig, dann werden ihre Fraktionen weiter oben in der Kolonne abgenommen. Es besteht zusätzlich auch ein Zusammenhang zwischen Siedepunkt und Molekülgröße. Je größer ein Molekül, desto höher sein Siedepunkt und desto niedriger wird seine Fraktion abgenommen. Bei einigen Stoffen kannst du also vielleicht schon aus Erfahrung abschätzen, ob es sich um große oder kleine Moleküle handelt. Flüssiggas ist ein kleines Molekül und hat damit einen sehr niedrigen Siedepunkt, Bitumen hat hingegen einen sehr hohen Siedepunkt. Deshalb steigt Flüssiggas bis nach oben in der Kolonne, während Bitumen in der Kolonne gar nicht gasförmig wird.

• Beschreibe die Destillation eines Gemisches aus Salz, Wasser und Ethanol bei 80°C.

  Tipps

  Überlege dir, welche Siedepunkte die einzelnen Komponenten haben.

  Der Siedepunkt von Ethanol liegt bei 78°C.

  Lösung

  Bei der Destillation erfolgt eine Trennung der Stoffe auf Grund verschiedener Siedepunkte. Die eingestellte Temperatur liegt bei 80°C. Da der Siedepunkt von Ethanol bei 78°C liegt, wird Ethanol bei dieser Temperatur gasförmig und steigt nach oben. Der Kühler wird mit kaltem Wasser umspült, sodass die Temperatur in ihm weit unter die Siedetemperatur von Ethanol fällt, wodurch das aufgestiegene Ethanolgas wieder flüssig wird. Wasser hat mit 100°C einen wesentlich höheren Siedepunkt und wird daher bei 80°C noch nicht gasförmig. Salze haben noch viel höhere Siedepunkte und so bleiben Wasser und Salz im ersten Kolben zurück.

• Interpretiere das folgende Diagramm.

  Tipps

  Ein Alkan mit 5 C-Atomen heißt Pentan, mit 6 Atomen heißt es Hexan und mit 7 Heptan.

  Überlege dir, bei welcher Temperatur die einzelnen Alkane gasförmig werden und somit das Gemisch verlassen.

  Lösung

  Zunächst musst du dir noch einmal ins Gedächtnis rufen, welchen Namen die Alkane mit welcher Anzahl an C-Atomen haben. Bei einer Kette von 5 C-Atomen heißt das Alkan Pentan, bei 6 C-Atomen Hexan und bei 7 C-Atomen Heptan.

  Im Diagramm kannst du nun die Siedetemperaturen ablesen. Wie du ja im Video schon erfahren hast, besteht ein Zusammenhang zwischen Molekülgröße und Siedetemperatur. Den kannst du auch in diesem Diagramm erkennen. Je mehr C-Atome, desto höher die Siedetemperatur. Eine Trennung erfolgt nun bei einem Temperaturbereich, der zwischen der niedrigsten und der höchsten Siedetemperatur liegt. Unter 36°C siedet gar keine Verbindung und über 98°C alle. Wird bei einer bestimmten Temperatur nun ein Siedepunkt einer Komponente überschritten, wird diese gasförmig und somit vom Gemisch getrennt.

• Nenne die Verwendungsmöglichkeiten für folgende Bestandteile.

  Tipps

  Überlege dir, an welcher Stelle im Alltag dir einige Stoffe schon mal begegnet sind und wofür sie verwendet werden.

  Lösung

  Die Verwendungen der Fraktionen des Rohöls sind sehr vielseitig. Einige Beispiele kommen dir sicher schon aus dem Alltag bekannt vor. Kerzen aus Wachs finden sich in vielen Haushalten und auch Benzin kennst du sicher von der Tankstelle. Wenn ein Flugzeug betankt wird, wird hierfür Kerosin verwendet. Der Belag für Straßen wird aus Bitumen gemacht, welcher sich bei der fraktionierten Destillation im Sumpf befindet.

• Finde für die folgenden Gemische das geeignetste Trennverfahren.

  Tipps

  Nur heterogene Gemische können filtriert werden.

  Lösung

  Das geeignete Trennverfahren wählt man durch die Eigenschaften der Komponenten im Gemisch. Zur Filtration eignen sich heterogene Gemische, in denen der Feststoff sich nicht mit dem Wasser vermischt. Der Schlamm besteht aus Sand und Wasser und auch Mehl und Wasser lassen sich gut durch eine Filtration trennen. Bei Zucker oder Salz und Wasser kann nicht filtriert werden, da sich Zucker und auch Salz vollständig im Wasser lösen. In diesem Fall eignet sich die Destillation. Das Wasser wird destilliert und als Rückstand erhält man den Feststoff. Bei Wein handelt es sich vorrangig um ein Gemisch aus Wasser und Ethanol. Das sind zwei flüssige Komponenten. Diese lassen sich auch durch Destillation trennen, da sie unterschiedliche Siedepunkte haben. Im Destillat reichert sich dann also der Alkohol an und zurück bleibt der wässrige Teil. Dieses Verfahren wird auch beim Schnapsbrennen verwendet.