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Fraktionierte Destillation

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Chemie

Erdöl ist einer der wertvollsten Rohstoffe, die uns im täglichen Leben begleiten. Das komplexe Stoffgemisch besteht dabei aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, die kettenförmig, ringförmig oder aromatisch sein können.

Aufbereitet wird das Erdöl in einer Raffinerie. Dort werden unterschiedliche Produkte hergestellt. Die Verarbeitung des Rohöls erfolgt dabei stufenweise:

  1. fraktionierte Destillation
  2. Weiterverarbeitung und Veredelung
  3. Petrochemie

Der bedeutendste Schritt ist die fraktionierte Destillation des Rohöls. Bei diesem Prozess wird das Stoffgemisch in eine Vielzahl von Fraktionen, also Stoffe, getrennt. Dabei entsteht ein hoher Anteil an hochsiedenden Kohlenwasserstoffgemischen, für die nur eine geringe Nachfrage besteht. Durch die Weiterverarbeitung dieser langkettigen Fraktionen können weitere wichtige und kurzkettige Stoffe wie Benzin und Dieselöl gewonnen werden.

Die fraktionierte Destillation beschreibt die Trennung eines Stoffgemischs, beispielsweise von Erdöl, in seine einzelnen Fraktionen.

Wie funktioniert eine fraktionierte Destillation?

Stoffgemische lassen sich durch ein Destillationsverfahren trennen, wenn sich die Siedepunkte der einzelnen Stoffe im Gemisch unterscheiden. Durch das Erhitzen verdampfen die Komponenten und der Stoff mit dem niedrigeren Siedepunkt verdampft bevorzugt. Dieser Stoff liegt in einer höheren Konzentration im Kondensat des Dampfes vor als in der Ausgangsmischung.

Für die fraktionierte Destillation ist ein Stoffgemisch notwendig. Häufig kommt dabei Erdöl zum Einsatz. Diese besteht hauptsächlich aus aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen und kommt in der obersten Schicht der Erdkruste vor.

Die Verarbeitung des Erdöls findet in einer Erdölraffinerie statt. Die Aufbereitung besteht aus mehreren Schritten. Neben der fraktionierten Destillation gehören auch das Cracken und Reforming sowie die Entschwefelung zur Aufbereitung des Erdöls.

Aufbau einer fraktionierten Destillation

Im Folgenden findest du eine vereinfachte Abbildung, die dir zeigt, wie eine fraktionierte Destillation aufgebaut ist. Die fraktionierte Destillation bildet den ersten Schritt der Erdölaufbereitung. Im Allgemeinen besteht die fraktionierte Destillation aus einem Röhrenofen und einer Destillationskolonne. Im Destillationsturm befinden sich auf verschiedenen Ebenen Glockenböden. Dort sammeln sich die Produkte der Destillation, die Destillate, an.

Anhand der Glockenböden kannst du feststellen, ob es sich um eine mehrstufige Destillation handelt oder nicht. Ein Stoffgemisch kann häufig nicht durch eine einmalige Destillation vollständig in die einzelnen Komponenten getrennt werden. Der Prozess der Destillation muss dazu mehrfach wiederholt werden.

Eine mehrstufige Destillation dient dazu, dass sich ein Stoffgemisch besser in die einzelnen Bestandteile auftrennen lässt. So laufen mehrere Destillationen in einer Destillationskolonne mit mehreren Glockenböden hintereinander ab.

Innerhalb der Fraktionierkolonne befindet sich ein Temperaturgefälle. Die untersten Böden der Kolonne sind am heißesten. Mit zunehmender Höhe werden diese Böden immer kälter. Das heißt, dass sich der aufsteigende Dampf immer weiter abkühlt je weiter er aufsteigt und so auch kondensiert. Der Siedepunkt der enthaltenen Destillate ist dabei entscheidend.

Die Komponenten eines Stoffgemischs mit dem niedrigsten Siedepunkt kondensieren am weitesten oben in der Kolonne.

fraktionierte Destillation, fraktionierte Destillation von Erdöl, fraktionierte Destillation Aufbau, StudySmarter Abbildung 1: Aufbau einer Apparatur zur fraktionierten Destilation Quelle: seilnacht.com

Ablauf einer fraktionierten Destillation

Da Rohöl nicht für die direkte Verwendung geeignet ist, müssen zunächst die verschiedenen Kohlenwasserstoffe voneinander getrennt werden, um diese nutzbar zu machen. Der erste Schritt der Verarbeitung von Erdöl ist die fraktionierte Destillation.

Das Stoffgemisch wird zunächst in den Röhrenofen geleitet, wo es erhitzt wird. Der Dampf des Ausgangsstoffes wird anschließend in den Destillationsturm geleitet. Die Kolonne für eine fraktionierte Destillation zeichnet sich durch den inneren Aufbau aus.

Dort befinden sich mehrere Böden mit sogenannten Glocken, die eine mehrstufige Destillation des Stoffgemischs ermöglichen. Der aufsteigende Dampf des Ausgangsgemischs kondensiert und verdampft dabei in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten. Die Anzahl der Böden innerhalb der Kolonne gibt an, wie viele Destillationsschritte die fraktionierte Destillation hat.

Der Dampf des erhitzten Stoffgemischs steigt nach dem Einleiten in die Destillationskolonne auf. Der aufsteigende Dampf kondensiert in den einzelnen Böden. Im kondensierten Dampf ist der Anteil an Destillaten höher als im zu trennenden Stoffgemisch. Der Vorgang des Verdampfens und Kondensieren erfolgt bis zum obersten Boden der Destillationskolonne.

Auf jedem Boden der Destillationskolonne bildet sich eine Flüssigkeitsschicht, die in Verbindung mit dem aufwärtsströmenden Dampf und dem herablaufenden Kondensat steht. Dadurch kommt es zu einer Anreicherung der verschiedenen Komponenten mit einem ähnlichen Siedepunkt.

Fraktionierte Destillation von Erdöl

Die fraktionierte Destillation von Rohöl wird in zwei verschiedenen Kolonnen durchgeführt. Die erste Kolonne steht dabei unter normalem Druck, die zweite Kolonne ist eine sogenannte Vakuum-Fraktionierkolonne. Dort wird die Destillation des Rohöls mit einem Unterdruck durchgeführt.

Fraktionierung des Erdöls

Durch das Erhitzen des Erdöls im Röhrenofen wird ein Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit erzeugt, das anschließend in die Fraktionierkolonne eingeleitet wird. Alle Stoffe, die unter 360°C sieden, werden verdampft und somit in die verschiedenen Siedebereiche getrennt.

Am Boden der Kolonne bildet sich der flüssige Rückstand aus langkettigen Kohlenwasserstoffen. Diese sieden nur bei Temperaturen über 360°C. Der gebildete Rückstand kann entweder durch thermisches Cracken in leichtes Heizöl und Benzin getrennt werden oder mit Hilfe der Vakuumdestillation in weitere Fraktionen unterteilt werden.

Vakuumdestillation

Die Vakuumdestillation ist der zweite Schritt der fraktionierten Destillation. Dabei wird die Destillation bei einem erniedrigten Druck, einem Vakuum, durchgeführt. Die Verminderung des Drucks wirkt dabei wie ein Katalysator, denn die Siedetemperatur der zu trennenden Stoffe wird verringert.

Der Begriff Vakuum stammt von dem lateinischen Begriff vacuus ab und bedeutet so viel wie leer.

Im Hinblick auf die Chemie ist ein Vakuum der Zustand eines Gases der in einem Gefäß mit vermindertem Druck vorliegt, also ein Druck der geringer ist als der atmosphärische Druck bei Normalbedingungen.

Bei der atmosphärischen Destillation wird mit Temperaturen um 370°C gearbeitet. Würde nun die Temperatur weiter erhöht werden, kommt es zu einer Zersetzung, dem Cracken, der Bestandteile des Erdöls. Der entstandene Rückstand wird deshalb im Rahmen der Vakuumdestillation nur geringfügig erhöht, so dass weitere Fraktionen entstehen können. Bitumen bildet den Vakuumrückstand. Diese Bestandteile sieden erst bei Temperaturen weit über 500°C.

Produkte der fraktionierten Destillation

Bei der fraktionierten Destillation von Erdöl entsteht eine Vielzahl an kurzkettigen Kohlenwasserstoffen. Hier findest du einen Überblick über die verschiedenen Fraktionen der Erdöldestillation, den Siedebereich und wo die Erdölprodukte Verwendung finden.

Liste der Erdölfraktionen

ErdölfraktionSiedebereich
Verwendung
Rückstand>360°C
  • Bitumen (Asphalt, Teer)
  • Paraffin (Kerzen, Salben)
  • Schmieröl
  • schweres Heizöl
Gasöl250 - 360°C
  • Dieselkraftstoff für Motoren
  • leichtes Heizöl (Haushalt, Industrie)
Petroleum150 - 250°C
  • Kerosin
  • Leuchtpetroleum
Schwerbenzin100 - 150°C
  • Autobenzin
Leichtbenzin30 - 100°C
  • Petrolether (Lösungsmittel)
  • Spezial- und Testbenzin
gasförmige Kohlenwasserstoffeunter 30°C
  • Heizgase
  • Ausgangsstoffe für die chemische Industrie

Das Wichtigste zum Thema fraktionierte Destillation zusammengefasst!

Fraktionierte Destillation - Das Wichtigste

  • Die fraktionierte Destillation ist der erste Schritt der Erdölaufbereitung und dient der Auftrennung des Erdöls in seine einzelnen Bestandteile.
  • Bei der fraktionierten Destillation handelt es sich um eine mehrstufige Destillation.
  • Die Destillation findet in einem Destillationsturm statt, der von Glockenböden durchzogen wird. Diese Böden ermöglichen die Entstehung der verschiedenen Destillate.
  • Die Siedetemperatur der Stoffe ist entscheidend, denn die Komponenten mit dem niedrigsten Siedebereich kondensieren an den höheren Böden der Kolonne.
  • Bei der Destillation von Erdöl entstehen folgende Fraktionen:
    • Rückstand
    • Gasöl
    • Petroleum
    • Schwerbenzin
    • Leichtbenzin
    • gasförmige Kohlenwasserstoffe
  • Der Rückstand kann durch die Vakuumdestillation in weitere Fraktionen getrennt werden, dabei wird mit einem verminderten Druck gearbeitet, um die Siedetemperatur zu senken.

Fraktionierte Destillation

Bei der fraktionierten Destillation wird ein Stoffgemisch in seine einzelnen Fraktionen getrennt. Dies geschieht durch Erhitzen des Stoffgemischs. 

Bei der fraktionierten Destillation wird das Stoffgemisch zunächst erhitzt. Anschließend wird das Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf in die Fraktionierkolonne geleitet. Dort wird es unter normalem Druck in verschiedene Fraktionen getrennt. Dies geschieht durch wiederholtes Verdampfen und Kondensieren. Der entstandene Rückstand wird entweder durch thermisches Cracken oder eine Vakuumdestillation in weitere Fraktionen getrennt.

Bei der fraktionierten Destillation entstehen:

  • Rückstand
  • Gasöl
  • Petroleum
  • Schwerbenzin
  • Leichtbenzin
  • gasförmige Kohlenwasserstoffe

Erdöl ist nach seiner Förderung für die direkte Verwendung nicht geeigent, da es aus aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen besteht. Diese langkettigen Kohlenwasserstoffe müssen zunächst in kurzkettige Kohlenwasserstoffmoleküle getrennt werden, damit Benzine und andere Kraftstoffe entstehen können.

Finales Fraktionierte Destillation Quiz

Frage

Welche Stufen der Erdölverarbeitung gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. fraktionierte Destillation
  2. Weiterverarbeitung und Veredelung
  3. Petrochemie
Frage anzeigen

Frage

Was passiert bei der fraktionierten Destillation?

Antwort anzeigen

Antwort

​Ein Stoffgemisch wird in seine einzelnen Komponenten, die Fraktionen, getrennt.

Frage anzeigen

Frage

Wie lassen sich Stoffgemische trennen?

Antwort anzeigen

Antwort

Stoffgemische können durch ein Destillationsverfahren voneinander getrennt werden, wenn sich die Siedepunkte der einzelnen Stoffe im Gemisch unterscheiden.

Frage anzeigen

Frage

Wo findet die Verarbeitung von Erdöl statt?

Antwort anzeigen

Antwort

Erdölraffinerie

Frage anzeigen

Frage

Woraus besteht Erdöl?

Antwort anzeigen

Antwort

Erdöl besteht aus aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen.

Frage anzeigen

Frage

Was sind die Hauptbestandteile beim Aufbau einer fraktionierten Destillation?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Röhrenofen
  • Destillationskolonne
  • Glockenböden
Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet mehrstufige Destillation?

Antwort anzeigen

Antwort

​Der Destillationsvorgang läuft mehrfach hintereinander ab. Die Anzahl der Glockenböden gibt an, wie viele Destillationsschritte vorgenommen werden.

Frage anzeigen

Frage

Wie ist das Temperaturgefälle in der Fraktionierkolonne?

Antwort anzeigen

Antwort

Am unteren Teil der Kolonne ist die Temperatur am höchsten. Dort wird das erhitze Gemisch aus Dampf und Flüssigkeit eingeleitet. Mit zunehmender Höhe kühlt das Gemisch ab und somit auch die Temperatur. 

Je höher der Dampf steigt, desto kühler wird dieser auch.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der erste Schritt der fraktionierten Destillation von Rohöl?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Rohöl wird im Röhrenofen auf über 300°C erhitzt. Dadurch entsteht ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre das Prinzip der Glockenböden.

Antwort anzeigen

Antwort

Der aufsteigende Dampf des Ausgangsgemischs kondensiert beim Treffen auf die Glocken. Es bildet sich eine Flüssigkeitsschicht. Die Stoffe mit einem niedriegeren Siedepunkt verdampfen erneut und steigen weiter auf. Dadurch wird die mehrstufige Destillation des Stoffgemischs ermöglicht.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre den Ablauf der Rohöldestillation.

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Rohöl wird erhitzt.
  2. Dampf-Flüssigkeitsgemisch wird in die Fraktionierkolonne geleitet.
  3. Trennung des Stoffgemisch durch mehrstufige Destillation.
  4. Rückstand wird durch thermisches Cracken oder Vakuumdestillation weiterverarbeitet.
Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet Vakuum?

Antwort anzeigen

Antwort

Vakuum beschreibt in der Chemie den Zustand eines Gases mit vermindertem Druck.

Frage anzeigen

Frage

Wie wirkt das Vakuum bei der Destillation?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch den verminderten Druck bei der Vakuumdestillation kann die Siedetemperatur herabgesetzt werden. Das Vakuum wirkt somit wie ein Katalysator.

Frage anzeigen

Frage

Welche Produkte entstehen bei der fraktionierten Destillation?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Rückstand
  • Gasöl
  • Petroleum
  • Schwerbenzin
  • Leichtbenzin
  • gasförmige Kohlenwasserstoffe
Frage anzeigen

Frage

​Was passiert mit dem Rückstand der Vakuumdestillation?

Antwort anzeigen

Antwort

Den Vakuumrückstand bildet das Bitumen. Dieses siedet erst bei Temperaturen über 500°C. Durch Cracken kann dies in weitere Fraktionen getrennt werden.

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