exercise/destillasjon.tex

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