SLSection16-kjemi.tex

   1 \section{Fraksjonert destillasjon av råolje}
   2 \label{Raolje} \index{Fraksjonert destillasjon av råolje|textbf}
   3 Tidsbruk: 60 minutter\\
   4 Utføres kun av lærer\\
   5 \newline
   6
   7
   8 \subsubsection{Innledning}
   9
  10
  11
  12 \subsubsection{Framgangsmåte}
  13 Hell 75-100 ml råolje i destillasjonskolben. Finn nettovekta av
  14 oljen og slipp noen kokekuler nedi. Apparaturen koples sammen slik
  15 at den bare er åpen igjennom B (kolben A skal også koples på plass).
  16 Se figur \ref{des1}.\\
  17 \begin{figure}[h]
  18 \centering
  19 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/destillasjon/destillasjon1}
  20 \caption{Destillasjonsoppsats med åpen bend} \label{des1}
  21 \end{figure}
  22 La vannet renne gjennom kjølekappa og start oppvarmingen - FORSIKTIG
  23 i begynnelsen. Gassen som blir skilt fra kan påvises ved at en lar
  24 den boble gjennom vann som vist på figur \ref{des2}.
  25 \begin{figure}[h]
  26 \centering
  27 \includegraphics[width=1.0\textwidth]{images/destillasjon/destillasjon2}
  28 \caption{Oppsett for gassoppsamling} \label{des2}
  29 \end{figure}
  30 Mål temperaturen i kjølevannet. Hva kan en si om kokepunktet til de
  31 påviste gassene? Les også av temperaturen over
  32 destillasjonskolben.\\
  33 \newline
  34 Når en regner med at all luft er presset ut av apparaturen, tenner
  35 en gassen ved enden av det bøyde glassrøret. Brenn mest mulig av den
  36 gassen som blir utskilt.\\
  37 \newline
  38 Fyll et reagensrør med gass på vanlig måte ved å benytte apparaturen
  39 fra figur \ref{des2}. Det betyr at vi fyller reagensrøret med vann
  40 før vi samler opp gassen. Hold røret med åpningen opp og tenn på
  41 gassen. Vend glasset forsiktig mens gassen brenner slik at åpningen
  42 peker ned. Studer flammen. Hva viser dette om tyngden av
  43 gassblandingen sammenliknet med lufta?\\
  44 \newline
  45 Dersom ikke forsøket blir utført i avtrekk kan en bli kvitt avgasser
  46 ved å koble slangen fra B (figur \ref{des1}) til avtrekk eller til
  47 vindu.\\
  48 \newline
  49 Temperaturen over destillasjonskolben skal nå leses av kontinuerlig.
  50 Ta ut fraksjonene fra lett nafta til gassolje etter tabellen
  51 \ref{des3} på side \pageref{des3} (\textbf{NB!} Gå ikke lengre enn til 300$^{o}$C!!)\\
  52 For å få tilstrekkelig høy temperatur må destillasjonskolben
  53 isoleres med glassull (fra ca. 150$^{o}$C).\\
  54 \newline
  55 Kork igjen de fraskilte fraksjonene etter hvert slik at ikke unøding
  56 damp kommer ut i rommet. Elevene må naturligvis kunne få lukte på
  57 hver fraksjon. Vei hver fraksjon.\\
  58 \newline
  59 Ta etter tur noen få dråper av hver fraksjon i ei lita proselesskål,
  60 og registrer hvordan de ulike fraksjonene brenner.
  61 \subsubsection{Etterarbeid for elevene}
  62 Bruk leksikon:
  63 \begin{enumerate}
  64     \item Hva er bensin?
  65     \item Hva kommer fargene på bensin av?
  66     \item Hva er parafin?
  67     \item Hvilket kokepunktområde har dieselolje?
  68     \item Hvor skriver navnet nafta seg fra?
  69 \end{enumerate}
  70
  71
  72 \subsubsection{Teori}
  73 \begin{table}[h]\begin{center}
  74 \begin{tabular}{l|l|l}
  75   \hline
  76    & Temperatur- & Vekta av  \\
  77   & intervall & fraksjonen \\
  78   \hline
  79  Lett nafta     & - 85$^{o}$C    &  \\
  80   Medium nafta  & 85-145$^{o}$C  &  \\
  81   Tung nafta    & 145-175$^{o}$C &  \\
  82   Kerosin       & 175-245$^{o}$C & regnes ut under \\
  83   Lett gassolje & 245-330$^{o}$C & destillasjonen \\
  84   tung gassolje & 330-380$^{o}$C &  \\
  85   Rest          & 380-   $^{o}$C &  \\
  86   \hline
  87 \end{tabular}
  88 \caption{Kokepunkt og vektprosent for fraksjoner i råolje}
  89 \label{des3}\end{center}
  90 \end{table}
  91 Råolje er en veske sammensatt av mange komponenter. Sammensetningen
  92 og utseende kan variere sterkt fra hvilken type råolje. Fargen kan
  93 variere fra svart til gyldenbrun, og råoljen kan være fra
  94 seigtflytende til lettflytende.\\
  95 \newline
  96 Oljen inneholder mange ulike hydrokarboner med ulike kokepunkt. Fra
  97 de tyngste komponentene med kokepunkt på 400 $^{o}$C eller mer, til
  98 de lettflyktige veskene som fordamper ved 20-30$^{o}$C.\\
  99 \newline
 100 I et destillasjonstårn skiller vi de komponentene med forskjellige
 101 kokepunkt fra hverandre.\\
 102 Disse komponentene blir da videreforedlet til propan, butan, bensin,
 103 parafin, dieselolje, smøreolje og fyringsolje.\\
 104 \newline
 105 \textbf{\emph{Raffinering}}\\
 106 \newline
 107 Vi kan dele raffinering av råolje i tre trinn. Det ene er
 108 destillasjonsprosessen, der man ved et kjempemessig
 109 destillasjonstårn deler opp råoljen i passende grupper eller
 110 fraksjoner. Det andre trinn er etterbehandling av en del fraksjoner.
 111 Denne etterbehandlinger kan være meget omfattende for f.eks.
 112 dieselolje og fyringsolje. Som det siste trinn blandes fraksjonene
 113 til ferdigprodukter. Prinsippet ved en destillasjon er å varme opp
 114 en væske til den koker, går over i dampform og deretter avkjøle
 115 dampen til man får tilbake væsken i den opprinnelige form. Dette
 116 benytter man seg av ved raffineringen. Råoljen er satt sammen av
 117 mange forskjellige væsker som fordamper ved ulike temperaturer. Ved
 118 raffinering får man derfor skilt oljen i grupper av væsker med samme
 119 kokepunkt-område. Råoljedestillasjon foregår kontinuerlig ved at
 120 olje som er varmet opp til en temperatur på 370-390 $^{o}$C ledes
 121 inn i bunnen av et høyt tårn. Tårnet kan være opp til 50 meter høyt
 122 og
 123 forsynt med et stort antall plattformer.\\
 124 \newline
 125  Hver plattformer er utstyrt med en rekke væskelåser og
 126 tilbakeløpsrør. Når den fordampede delen av råolje stiger oppover i
 127 tårnet, vil gassen etter hvert avkjøles og kondensere på
 128 plattformene og danne en væskestand der. Derved tvinges den
 129 etterfølgende gasstrømmen gjennom væskelåsene. Tilbakeløpsrørene
 130 sørger for at væsken ikke når opp til neste plattform der det er
 131 kondensert en annen fraksjon med annet kokepunktsområde.\\
 132 \newline
 133 Etter hvert som gassen bobler gjennom væsken vil en del av den
 134 kondensere. Hydrokarboner med lavere kokepunkt enn væsken på
 135 plattformen blir imidlertid til neste plattform. Noe av væsken vil
 136 også fordampe på nytt og følge med gasstrømmen oppover. Den
 137 kontinuerlige prosessen av kondensering og gjenfordamping resulterer
 138 med at det på hver plattform vil være en blanding (fraksjonen) av
 139 hydrokarboner med lavere kokepunkter enn på den underliggende
 140 plattform. Fra plattformene kan man så tappe ut de forskjellige
 141 fraksjoner. Fra toppen av tårnet strømmer lettflyktige
 142 petroleumsgasser ut, så som butan og propan.\\
 143 \newline
 144 \textbf{\emph{Krakking (cracking)}}\\
 145 \newline
 146  Det er stor forskjell på sammensetningen av den råolje som
 147 utvinnes,
 148  og behovet for de enkelte fraksjoner. Spesielt kan man se det på
 149  smøreolje, som utgjør ca. 20$\%$ av råoljen, men behovet utgjør bare
 150  ca. 3$\%$.For bensin og fyringsolje er forholdet det motsatte: De
 151  utgjør tilsammen omtrent halvparten av råoljen, men ca. 80 $\%$ av
 152  forbruket.\\
 153 \newline
 154 Ved krakking blir alkaner med lange kjeder (smøreoljer) omgjort til
 155 alkaner til korte kjeder (gass, fyringsoljer og bensin). Det skjer
 156 ved at en gassformig smøreoljefraksjon blir varmet opp til ca. 500
 157 $^{o}$C og ledes inn i en reaktortank med en fluidisert
 158 katalysatorfylling av aluminiumsilikat der den ønskede reaksjonen
 159 foregår. De lange kjedene med hydrokarboner blir brutt ned til
 160 kortere kjeder, som gass, bensin og fyringsolje består av.\\
 161 \newline
 162 Figur \ref{des5}. viser hvordan et anlegg for katalytisk krakking er
 163 bygd opp. Som råstoff benyttes høytkokende fraksjoner ofte fra
 164 vakuumdestillasjonen.
 165 \begin{figure}[h]
 166 \centering
 167 \includegraphics[width=0.8\textwidth]{images/destillasjon/destillasjon3}
 168 \caption{Anlegg for katalytisk krakking} \label{des5}
 169 \end{figure}
 170 Råstoffet blir blandet med varm katalysator (1) .Noe olje fordamper
 171 og reaksjonen skjer i røret(2) og i reaktoren (3). Dampen forlater
 172 reaktoren(4) og går til en destillasjonskolonne (5) hvor de
 173 forskjellige stoffene blir separert i fraksjoner. Katalysatoren, som
 174 har blitt delvis inaktiv p.g.a. utskilt karbon går til en
 175 regenerator(6).I denne blir karbon brent av katalysatoroverflaten
 176 med tilført luft. Katalysatoren blir igjen aktiv (regenerert) og
 177 blir blandet med nytt råstoff.
 178
 179
 180 \subsubsection{Forsiktig}
 181 Oljeprodukter er ildsfarlige. Bruk elektrisk varmemantel til
 182 oppvarming. Gå ikke over 300$^{o}$C på grunn av risikoen for termisk
 183 krakking. Bruk beskyttelsesskjerm mot klassen. Den som utfører
 184 destillasjonen skal bruke vernebriller.\\  \textbf{Unngå oljedamp i
 185 rommet!} Innånding av oljedamp kan være helseskadelig.
 186
 187
 188 \subsubsection{Utstyr og kjemikalier}
 189 Utstyret som er brukt, bør avsettes til dette forsøket. Så slipper
 190 du reingjøring etter bruk!
 191 \begin{table}[h]\begin{tabular}{ll}
 192  Destillasjonsoppsats& varmemantel\\
 193 stativ til oppsatsen& labbjekk\\
 194 vekt & sliptermometer (helst til 400$^{o}$C)\\
 195 råolje & målekolbe (250 ml) \\
 196  Destillasjonskolbe 250 ml & glassull \\
 197 1 porselensskål  & 5 erlenmeyer kolber med slip $^{m}$/propp \\
 198 \end{tabular}
 199 \caption{Utstyr og kjemikalier til forsøket - Fraksjonert
 200 destillasjon av råolje}
 201 \end{table}
 202
 203
 204
 205 \subsubsection{Referanser}
 206
 207
 208
 209
 210
 211