8 H7 Zoutzuur productieruimte

7. Zoutzuur productieruimte

Je bent aangekomen in de Zoutzuur Productieruimte.



Klik op de kop van de hond om te horen wat Ir. Houtgeest je te zeggen heeft.

 

 

 

Benodigde Voorkennis en Leerdoelen

 

De benodigde voorkennis en leerdoelen staan vermeld bij de Natronloog Productieruimte.

 

Ga maar gauw verder.

7.1 Overzicht productiemethodes

Mogelijkheden productiemethoden

 

Welkom nogmaals in deze productieruimte. Het is de bedoeling dat hier zoveel mogelijk zoutzuur geproduceerd gaat worden. Halber Fritz zal je de ins and outs vertellen. Ik heb geen tijd, dat begrijp je inmiddels wel.

Zoutzuur is een gewild product: in laboratoria wordt het veel gebruikt om de pH van oplossingen te reguleren. Verder wordt het gebruikt bij het looien van leer, het etsen van printplaten en het zuiveren van staal. Ook wordt het in de voedingsmiddelenindustrie net als natronloog als zuurteregelaar gebruikt (E507), teveel om allemaal op te noemen.

 

 

Help Halber Fritz zodat hij mij en Prof. Vitriool straks goede adviezen kan geven over de beste op te zetten productielijn.

 

Goed, allereerst heeft je docent mij gevraagd om je nog eens nadrukkelijk erop te wijzen dat zoutzuur geen HCl is. HCl is namelijk het gas waterstofchloride en zoutzuur is de oplossing van HCl in water. Omdat HCl een sterk zuur is, zul je in zoutzuur geen HCl-molecuul tegenkomen, maar alleen H3O+ en Cl− deeltjes, en watermoleculen natuurlijk.


OK, dan nu naar de productiemethoden. Om zoutzuur te maken, moet je dus eerst HCl produceren, wat je dan als laatste stap in water laat oplossen.


Tegenwoordig wordt de grootste hoeveelheid HCl gevormd als bijproduct bij de productie van chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's), bijvoorbeeld Teflon, Freon en PVC. Omdat we die koolwaterstoffen niet in de Virtuele Fabriek maken, valt die productiewijze voor ons af.

Voor de Virtuele Fabriek zijn er twee bestaande productiemethoden die het meest voor de hand liggen om een productielijn mee op te zetten, omdat we dan gebruik kunnen maken van eigen producten als grondstoffen. Hieronder bespreek ik ze bij A] en B]:

 

A] we kunnen gebruik gaan maken van het geproduceerde waterstofgas en chloorgas uit de natronloogproductieruimte.

 

Hieruit kan via de reactie H2 + Cl2 → 2HCl, en aansluitend oplossen in water, zoutzuur geproduceerd worden.
In totaal heeft de productie van zoutzuur op deze manier vier stappen:

 

  1. Natriumchloride oplossen in water;
  2. Via elektrolyse productie van H2 en Cl2;
  3. Uit de gassen uit stap 2 wordt HCl gemaakt;
  4. Dit wordt opgelost in water.

Klinkt simpel, toch! Er zitten echter wel wat haken en ogen aan voor stap 3, zoals je in onderstaand filmpje kunt zien.
Bedenk aan de hand van dit filmpje welke extra maatregelen we zouden moeten nemen voor productiemethode A]. Noteer je antwoord in je labjournaal.


 

B] We kunnen gebruik gaan maken van het door ons geproduceerde zwavelzuur.

 

Als je zwavelzuur bij vast natriumchloride doet ontstaat er natriumwaterstofsulfaat en HCl (stap 1). Dit gebeurt al bij kamertemperatuur. Als je het vervolgens verhit tot boven 200 °C, dan kan natriumchloride reageren met het gevormde natriumwaterstofsulfaat tot meer HCl en natriumsulfaat (stap 2).
Als laatste het HCl laten oplossen in water (stap 3).

De bovengenoemde stappen zijn in het filmpje hieronder te zien.


Noteer tijdens het bekijken van het filmpje in je labjournaal de gegevens over de stoffen die voorbij komen. Die heb je later nodig!
Uit het productie-stukje heb je de volgende gegevens nodig:

 

  • hoeveelheid natriumchloride
  • hoeveelheid en molariteit zwavelzuur

Uit het stukje over opbrengst-analyse heb je het volgende gegeven nodig:

  • molariteit zoutzuur

Zo, nu heb je een beeld gekregen van de twee productiemanieren.
Om de genoemde productiemethoden A] en B] goed te kunnen vergelijken, is het handig om de algehele (totaal-) reactievergelijking van beide methoden eerst te bepalen.
Schrijf in je labjournaal de totaalreacties van de productiemethoden A] en B]. Omdat beide methoden als laatste stap hebben het oplossen van het gevormde HCl in water, laat je die stap voor het gemak even weg uit beide algehele reactievergelijkingen.

 

 

 

 

Om de algehele (totaal-) reactievergelijking te krijgen, tel je alle deelreacties uit de verschillende stappen van het productieproces bij elkaar op. Vaak werkt het trouwens simpeler om goed te kijken welke stoffen er worden gebruikt als grondstoffen en die voor de pijl te zetten en welke stoffen er geproduceerd worden en die na de pijl te zetten en de vergelijking dan kloppend te maken.
Bij A] begin je namelijk met natriumchloride en water en eindig je met natronloog en HCl.

Als je eruit bent, laat het dan controleren door mij of je docent.

 

 

 

7.2 Atoomeconomie, rendement en E-factor

In de natronloog productieruimte hebben we het al over Duurzame Chemie gehad.
Ik zal het nog even herhalen.

Samengevat komt Duurzame Chemie ofwel Groene Chemie hierop neer:

 

 

 

 

Je gaat nu oefenen met drie specifieke factoren waarmee je een productieproces op duurzaamheid kunt beoordelen. De PALstudent zal je hierbij helpen door je drie factoren uit te leggen en je daarover vragen te stellen.

Het gaat om de volgende factoren:

  1. Atoomeconomie
  2. Rendement
  3. de E-factor (Environmental-factor)

Als je geoefend hebt, gaan we deze factoren gebruiken om de twee productiemethoden voor zoutzuur langs de meetlat te leggen.

Oefening: Vragen

Start

Zo, nu ben je wel weer even helemaal murw-gerekend, schat ik zo in.

Kopieer als laatste de formules van Atoomeconomie, Rendement en E-factor nog even naar je labjournaal, dan heb je ze bij de hand.
Of staan ze tegenwoordig al in je Binas?

 

 

 

 

 

7.3 Duurzaam?

Keuzes voor een duurzame Zoutzuurproductie

 

Hallo maar weer. Ik ga ervan uit dat je nu goed kunt rekenen aan de drie duurzaamheidsfactoren Atoomeconomie, Rendement en E-factor.

We moeten nu voor prof. Vitriool en Ir. Houtgeest uitzoeken wat de beste Zoutzuur-productiemethode voor de Virtuele Fabriek is, en naar mijn mening is de duurzaamste de beste.
Pak daarvoor even de algehele reacties van beide productiemethoden erbij. Die heb je als het goed is in je labjournaal opgeschreven en laten controleren door je docent.

Om een goed advies te kunnen geven, moeten de volgende vragen hieronder beantwoord worden.
Schrijf een advies aan prof. Vitriool en Ir. Houtgeest, waarin je de uitgewerkte antwoorden op onderstaande vragen verwerkt. Werk er samen met een mede-stagiair aan via GoogleDocs of deze site. Gebruik de tekst, die in je labjournaal staat voorgedrukt, als basisstructuur voor je advies.
Als jullie klaar zijn, kopieer het advies dan naar jullie labjournaal en zet jullie namen eronder.

 

  1. Bereken voor zowel methode A] als B] de Atoomeconomie en de E-factor, als je voor nu aanneemt dat het rendement van beide methoden 100% is. Welke methode komt er nu als duurzaamste uit?
  2. De bijproducten uit beide methoden zijn bruikbaar en kunnen verkocht worden. Ze zijn dus in werkelijkheid geen afval. Wat wordt nu de Atoomeconomie en de E-factor bij 100% rendement? Welke methode komt er dan als duurzaamste uit?
  3. Nu gaan we het rendement erbij betrekken. Bereken het rendement voor methode A]. Hier heb je nog de volgende gegevens voor nodig:
    er kan in de Virtuele Fabriek een rendement van 65% gehaald worden in de productie van chloorgas en waterstofgas. De vorming van HCl-gas uit deze twee gassen gebeurt met een rendement van 97%, en het oplossen van het gevormde HCl-gas in water heeft een rendement van 88%.
  4. Bereken het rendement van methode B]. gebruik hiervoor de gegevens die je uit het filmpje van methode B] hebt gehaald en in je labjournaal hebt genoteerd. Behalve deze gegevens heb je ook nog het volume van het geproduceerde zoutzuur nodig. Dat was 200 mL.
  5. Herbereken naar aanleiding van de rendementen opnieuw de E-factor van methode A] en B]. Neem als product alleen HCl (de rest even als afval beschouwen).
    Welke methode komt er nu als duurzaamste uit?
  6. Het rendement van een proces kan soms nog verbeterd worden, door aanpassingen te doen aan de constructie/opstelling van de hele productielijn. Voor methode A] is de constructie/opstelling al behoorlijk uitgebalanceerd. Methode B], zoals in het filmpje getoond werd, was nog lang niet geoptimaliseerd. Lees de stappen van de productiemethode B] nog eens door en bekijk het filmpje nogmaals tot aan de analyse van de molariteit van het zoutzuur. Welke twee aanpassingen zullen in ieder geval het rendement verder verhogen, als je naar het filmpje kijkt? Met hoeveel procent denk je het rendement met de aanpassingen minimaal te kunnen verhogen? Wat wordt de E-factor dan?
  7. Met behulp van de E-factor krijg je inzicht in de hoeveelheid afval per kg product, maar we hebben nog helemaal geen rekening gehouden met de veiligheids- en milieuaspecten van de bijproducten en tussenproducten die gevormd worden. Een manier is om naar de MAC-waarden te kijken. Zoek van de bij- en tussenproducten van beide methodes op in hoeverre deze milieugevaarlijk zijn. Welke methode vind je qua milieugevaarlijkheid het duurzaamst?
  8. Zijn er nog andere aspecten behalve de hier bovengenoemde, waarvan jij vindt dat die ook meegenomen moeten worden in het besluit over welke Zoutzuur-productiemethode opgezet gaat worden in de Virtuele Fabriek? Bespreek deze beknopt.
  9. Nu alles overwegende: tot welk eindadvies kom je?

 

Dag leerling, ik wil graag je advies lezen, voordat je het indient bij prof. Vitriool en ir. Houtgeest.
Ik wil niet dat je een flater slaat en help je graag je gedachten over het advies te ordenen.

 

 

 

 

 

 

 

7.4 Reflectie

Terugblik

Deze reflectieopdracht blikt terug op je werk in zowel de Natronloog als de Zoutzuur Productieruimte. In de Natronloog en Zoutzuur Productieruimten ben je behalve met Redoxchemie ook flink bezig geweest met Duurzame Chemie, en hebt je verdiept in de aspecten Atoomeconomie, Rendement en E-factor. In het advies dat je voor ons geschreven hebt, heb je ook nog nagedacht over de vervuilingsfactor van verschillende grondstoffen en producten.

Een aspect waar we het niet over gehad hebben is Energie. Om duurzaam te produceren is het belangrijk om je productielijn zo op te zetten, dat er zo min mogelijk energie voor nodig is, en dat energie die vrijkomt bij een stap in het proces, weer hergebruikt kan worden. Met behulp van een Energie-balans kun je meer inzicht krijgen in dit aspect.

Binnen je stage hebben we geen tijd om hier aandacht aan te besteden.
Je kunt je Docent vragen of je je hierin wel moet bekwamen en hoe je dat dan moet doen.

 

 

 

 

- Kijk nog eens in je labjournaal naar de leerdoelen die bij het onderdeel Reflectie nog eens voorgedrukt staan.

- Bedenk aan de hand van deze leerdoelen en de werkzaamheden die je in de Natronloog en Zoutzuurproductieruimten hebt uitgevoerd een opgave met antwoordmodel, die geschikt is voor een toets over deze leerdoelen.

- Werk er samen met een mede-leerling aan.

- Zet de opgave, die uit 3 deelvragen moet bestaan, in je labjournaal met de naam van je mede-stagiair erbij. Zet er in het antwoordmodel bij de uitwerkingen ook aanwijzingen bij over hoe elk scorepunt verdiend moet worden.

 

Laat mij weten wanneer je je reflectie-opdracht hebt gedaan. Afhankelijk hiervan wordt het vervolg van je stage bepaald.
Ik zal de gemaakte opgave met antwoordmodel bekijken en zo nodig aanwijzingen ter verbetering geven.
Als het een goede opgave is, heb je kans dat hij in een van de toetsen terecht komt! Heb je die punten al binnen!
 

 

 

 

 

Klik op de afbeelding om te horen wat je na de reflectie-opdracht gaat doen.
 

 

  • Het arrangement 8 H7 Zoutzuur productieruimte is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Bètapartners Je moet eerst inloggen om feedback aan de auteur te kunnen geven.
    Laatst gewijzigd
    2014-12-18 14:31:42
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 3.0 Nederland licentie.

    Dit materiaal is achtereenvolgens ontwikkeld  en getest in een SURF-project  (2008-2011: e-klassen als voertuig voor aansluiting VO-HO) en een IIO-project (2011-2015: e-klassen&PAL-student).  In het SURF project zijn in samenwerking met vakdocenten van VO-scholen, universiteiten en hogescholen e-modules ontwikkeld voor Informatica, Wiskunde D en NLT.  In het IIO-project (Innovatie Impuls Onderwijs) zijn in zo’n samenwerking modules ontwikkeld voor de vakken Biologie, Natuurkunde en Scheikunde (bovenbouw havo/vwo).  Meer dan 40 scholen waren bij deze ontwikkeling betrokken.

    Organisatie en begeleiding van uitvoering en ontwikkeling is gecoördineerd vanuit Bètapartners/Its Academy, een samenwerkingsverband tussen scholen en vervolgopleidingen. Zie ook www.itsacademy.nl

    De auteurs hebben bij de ontwikkeling van de module gebruik gemaakt van materiaal van derden en daarvoor toestemming verkregen. Bij het achterhalen en voldoen van de rechten op teksten, illustraties, en andere gegevens is de grootst mogelijke zorgvuldigheid betracht. Mochten er desondanks personen of instanties zijn die rechten menen te kunnen doen gelden op tekstgedeeltes, illustraties, enz. van een module, dan worden zij verzocht zich in verbinding te stellen met de programmamanager van de Its Academy (zie website). 

    Gebruiksvoorwaarden:  creative commons cc-by sa 3.0

    Handleidingen, toetsen en achtergrondmateriaal zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten.

     

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Toelichting
    Deze les maakt onderdeel uit van de e-klas 'De virtuele fabriek' voor VWO 6 voor het vak scheikunde.
    Leerniveau
    VWO 6;
    Leerinhoud en doelen
    Scheikunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Trefwoorden
    e-klassen rearrangeerbaar

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    Oefeningen en toetsen

    Vragen

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    QTI

    Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat alle informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen punten, etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.

    Versie 2.1 (NL)

    Versie 3.0 bèta

    Meer informatie voor ontwikkelaars

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van