Real 3D: Erdölaufbereitung [Fassung 2012]

METHAN (6:05 min): Das kleinste organisches Molekül wird vorgestellt. Seine fossile Herkunft ebenso wie seine laufende Entstehung werden erläutert. Der Molekülbau und die daraus folgenden chemischen und physikalischen Eigenschaften werden aufgezeigt. Die Moleküldarstellungsformen (Kugelwolken-, Kalotten- und Kugel-Stab-Modell, Lewis-Schreibweise) werden vorgestellt. 3D-Modelle und computeranimierte Filmmodule: FRAKTIONIERTE DESTILLATION: Das Modell im Teilbereich Normaldruck zeigt einen Röhrenofen und eine Destillationskolonne mit fünf Fraktionen. Über die Schaltfläche "Temperaturen anzeigen" lassen sich die Siedetemperaturen der vorkommenden Kohlenstoffketten sowie die Temperatur im Röhrenofen anzeigen. Über eine weitere Schaltfläche kann man die Länge der Kohlenstoffketten in den einzelnen Fraktionen einblenden. Das Modell im Teilbereich Vakuum zeigt einen Röhrenofen und eine Destillationskolonne mit vier Fraktionen. Über den Druckregler am oberen Bildrand, kann der Druck von 50 mbar stufenlos auf 1000 mbar erhöht werden. Die Siedetemperaturen der Erdölfraktionen ändern sich in der Modellanzeige entsprechend. FRAKTIONIERTE DESTILLATION (3:13 min): Unter Berücksichtigung des Filmmoduls "Alkane" wird die physikalisch Eigenschaft der "abgestuften Siedetemperatur", die die wesentliche Basis für die Erdölaufbereitung in einer Raffinerie ist, geschildert. Dann wird das Verfahren der sogenannten "fraktionierten Destillation" anhand eines 3D-Modells erläutert. VAKUUMDESTILLATION (2:28 min): Der sogenannte "Rückstand", der bei 400°C (Normaldruck) noch flüssig bleibt, wird in seine Bestandteile aufgeteilt (Unterdruck senkt Siedetemperaturen). Beide Destillationsverfahren trennen das Kohlenwasserstoff-Gemisch des Erd-/ Rohöls in sogenannte "Fraktionen" auf, die aber mengenmäßig nicht zur Marktnachfrage passen. Es entstehen zu viele Schweröle und zu wenig leichte Kraftstoffe wie z.B. Benzin. GLOCKENBODEN: Das Modell im Arbeitsbereich "Glockenboden" zeigt einen Ausschnitt der Destillationskolonne. Abgebildet sind drei Glockenböden. Eine Animation simuliert den Destillationsvorgang. Dabei kann der aufsteigende Öldampf bzw. der Rückfluss des Destillationsprodukts beobachtet werden. CRACKEN: Die Crackanlage besteht aus einem Röhrenofen, einem Crack-Reaktor und einem Regenerator. Die Animation simuliert der Crackvorgang. Bei den Crackprodukten wird zunächst das Kugel-Stab-Modell des Moleküls n-Hexadecan gezeigt. Eine Animation simuliert die Molekülspaltung, die in der Crackanlage stattfindet. Die Molekülspaltung kann entweder unter Abspaltung von Kohlenstoff oder unter Ausbildung einer Doppelbindung ablaufen. CRACKEN & REFORMING (1:39 min): Die Benzinausbeute kann durch das Crack-Verfahren erhöht werden: Längerkettige Alkane werden thermischkatalytisch in kürzere Ketten aufgebrochen. Um gute Benzinqualitäten zu erhalten (Octanzahl, Klopffestigkeit), kann man die beim Cracken entstandenen, kurzen Ketten durch sogenannte Reforming-Verfahren noch verzweigen. REFORMING: Es wird das Kugel-Stab-Modell des Moleküls N-Heptan gezeigt. Der Prozess des Reforming wandelt durch Veränderung der Molekülstruktur Kohlenwasserstoffe mit geringer Octanzahl in Kohlenwasserstoffe mit hoher Octanzahl um. Eine Animation simuliert den Prozess des Reforming. Der Prozess kann entweder mit Ausbildung einer cyclischen Kohlenwasserstoffverbindung oder mit Ausbildung einer Verzweigung ablaufen. ERDÖLLAGERSTÄTTEN: Dieses 3D-Modell zeigt einen quaderförmigen Ausschnitt des Meeres mit Meeresgrund. Eine Animation simuliert die 5 Phasen der Erdölentstehung, der Bildung einer unterirdischen Lagerstätte und die Erdölförderung. ETHAN, ETHEN, ETHIN: Dieser Arbeitsbereich stellt einen kleinen "Baukasten" bereit, mit dem die Schüler die o.g. Moleküle zusammenbauen können. Dieses einfache Beispiel soll den prinzipiellen Aufbau der Alkane, Alkene und Alkine verdeutlichen. Filmmodule: ALKANE - VOM METHAN ZUM DECAN (7:25 min): Die homologe Reihe der Alkane als Konsequenz aus der vierfachen, gleichwertigen Bindungsfähigkeit des Kohlenstoffs wird aufgezeigt. Das Phänomen der Konformation bei Alkanen wird erläutert. VERZWEIGTE KOHLENWASSERSTOFFE (8:55 min): Das Phänomen der Isomerie am Beispiel der Alkane wird dargestellt. Wie werden die Nomenklaturregeln der verzweigten Kohlenwasserstoffe (Alkane) angewandt? ALKENE, ALKINE UND CYCLOALKANE (9:35 min): Die Ausbildung von Doppel- und Dreifachbindungen in Alkenen und Alkinen als weitere Form der Isomerie wird dargestellt. Die Cis-Trans-Isomerie bei Alkenen und Alkinen als "echte Isomerie" wird erläutert. Auf die Cycloalkane wird eingegangen.

Anbieter

GIDA (Odenthal)

Jahr

2012

Zielgruppe

A(7-10)

Schlagworte

Destillation, Erdöl, Erdölverarbeitung, Fraktionierte Destillation, Kohlenwasserstoff, Raffinerie, Rohstoff

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