In deze module ga je ervaringen opdoen in de Virtuele Fabriek. Je krijgt op deze manier inzicht in wat er allemaal komt kijken bij verschillende belangrijke productieprocessen in de chemische industrie.
Tegelijkertijd ontwikkel je de kennis en vaardigheden die je voor je eindexamen scheikunde nodig hebt om een goed cijfer te halen.
Bereid je voor op een enerverende stage in de Virtuele Fabriek.
Veel succes!
Met welke personen je tijdens je stage in de Virtuele Fabriek te maken krijgt, bekijk je hier.
Klik hier om te zien of je de stageplek hebt gekregen.
Om eens rond te kijken in de Virtuele Fabriek, klik hier.
O ja, voordat je gaat rondneuzen in de fabriek, nog een tip:
het is handig om de volgende dingen in de gaten te houden...
Kijk nu bij de studiewijzer om naar de centrale ontvangsthal te gaan.
Studiewijzer
Je bent nu de Virtuele Fabriek binnengekomen en staat in de Centrale Ontvangsthal.
Klik op de afbeelding om te zien hoe je wordt ontvangen door het personeel.
Let op, het personeel heeft belangrijke informatie voor je!
Belangrijke stageafspraken
Hoe dien je je Labjournaal te gebruiken?
Een labjournaal is heel belangrijk als je in de Virtuele Fabriek werkt. Trouwens, niet alleen in de Virtuele Fabriek. In elk laboratorium en in elke fabriek wordt gebruik gemaakt van labjournaals. Elke medewerker heeft een labjournaal.
In het labjournaal schrijf je op wat je elke dag doet. Je noteert dingen die je geleerd hebt en die je moet onthouden.
Je noteert resultaten van metingen en analyses, berekeningen, vragen en ideeën.
Een labjournaal moet voor iedereen inzichtelijk en toegankelijk zijn. Als ik, Prof. Vitriool of Ir. Houtgeest wil zien wat je resultaten precies zijn, moeten wij dat kunnen nalezen. Je labjournaal moet je dan ook altijd bij je hebben. Zo werkt dat ook in andere niet-virtuele fabrieken en in laboratoria.
Als je iets belangrijk genoeg vindt om het in je labjournaal te noteren, dan kun je dat altijd doen. Als wij willen dat je er iets in noteert, zullen we dat laten weten tijdens je stage.
Door het bijhouden van je labjournaal heb je aan het einde van de e-klas een goede samenvatting die je kunt gebruiken bij het leren voor een toets over deze stof.
Voor je docent is je labjournaal ook een belangrijk communicatiemiddel.
Mocht je tijdens je stage in de fabriek ergens niet uit komen en hulp nodig hebben, dan vraag je je docent om raad.
Ook daarvoor heb je je labjournaal nodig.
Je noteert hierin je vragen, en na elke gewerkte stagedag moet je je labjournaal uploaden, zodat je docent het kan bekijken.
Ook kun je met je labjournaal de hulp inroepen van een PAL-student, die tegelijkertijd stage loopt in de Virtuele Fabriek.
De PAL-student en je docent zijn verder tijdens je stagedagen ook te bereiken via het chatkanaal en/of ze zijn in real life in de Virtuele Fabriek aanwezig. Uiteraard kun je ook je klasgenoten, die tegelijkertijd met jou stage lopen in de Virtuele Fabriek, om raad vragen.
Download nu het labjournaal-document dat bij deze e-klas hoort.
Open het document, vul je naam in en sla het document op je computer op.
Studiewijzer/Stagewijzer
Het is de bedoeling dat je in alle fabrieksruimten de aldaar geplande werkzaamheden uitvoert.
Je docent zorgt ervoor dat je een studiewijzer krijgt, zodat je weet wanneer je wat precies af moet hebben. Ook zal je docent je precies vertellen hoe deze module beoordeeld gaat worden. Er is in ieder geval een eindtoets en een praktische opdracht aan deze module verbonden.
Een algemene indeling van je stage kun je hier vinden. Een beknopte versie kun je hier bekijken.
Ga nu verder in de Bleekmiddel Productieruimte of ga eerst helpen in de Ethanol Productieruimte.
Maak snel je keuze, want tijd kost geld!
1. Bleekmiddel productieruimte
Je bent hier in de productieruimte voor bleekmiddel.
Klik op de afbeelding om te zien wat er hier van je verwacht wordt.
Bleekmiddel: Benodigde Voorkennis en Leerdoelen
Voor je aan deze ruimte begint...
weet je:
wat een katalysator is
hoe infrarood-spectroscopie werkt
hoe je structuurformules van complexe koolwaterstoffen moet lezen
kun je:
chemisch rekenen
IR spectra interpreteren
reactievergelijkingen kloppend maken
is het handig om te weten:
wat waterstofperoxide is
Wat ga je in deze ruimte leren?
wat blokschema's zijn
hoe blokschema's te lezen
hoe blokschema's te maken
hoe blokschema's te gebruiken
1.1 De werking van de katalysator
Bij de bereiding van het bleekmiddel wordt gebruik gemaakt van een katalysator. Voordat je het bleekmiddel gaat maken gaan we eerst even goed kijken naar de katalysator die hiervoor gebruikt wordt. Zo kun je meteen weer even opfrissen hoe het ook al weer zat met katalysatoren. Wat was ook al weer een katalysator?
1.2 De verkrijging van de katalysator
Ingenieur Houtgeest heeft deze pot met katalysator voor je.
Klik op de pot om het mee te maken.
1.3 De analyse van de katalysator
De omzetting van het anthraquinon naar het anthrahydroquinon en weer terug is goed zichtbaar te maken met behulp van infrarood (IR). Bekijk het volgende filmpje om je kennis van IR op te frissen en beschrijf dan kort hoe IR gebruikt kan worden als analysetechniek. Doe dit in je labjournaal en laat dit controleren. Je hoeft niet in te gaan op de werking van het apparaat, het gaat om de methode.
Je gaat nu nog een keer oefenen met het interpreteren van een IR-spectrum. Klik hier en doorloop oefening 4 met ethaan en ethanol. Werk de oefening uit in je labjournaal en laat je uitwerkingen controleren. Als deze oefening goed ging kun je verder, anders klik hier om nog meer te oefenen (rechts op de pagina in roze kader). LET OP!: gebruik tabel 100 in je BINAS voor de omnummering van 4de naar 5de druk.
1.4 Blokschema’s
In de praktijk wordt de productie van het bleekmiddel uitgevoerd door anthraquinon op te lossen in een organisch oplosmiddel. Dit gebeurt in een oplostank. In een reactor kan aan deze oplossing, stof X worden toegevoegd. In aanwezigheid van palladium kan dan het anthrahydroquinon worden gevormd. De verkregen oplossing kan vervolgens overgebracht worden naar een tweede reactorruimte. Het palladium blijft achter in de eerste reactor.
Dit proces kan schematisch worden weergegeven in een zogenaamd blokschema. In een blokschema wordt het verloop van een (industrieel) chemisch proces weergegeven door middel van blokjes en pijlen. Blokjes stellen ruimtes voor zoals reactoren (zie ook Binas tabel 38B) of scheidingsruimten. Pijlen geven de stofstromen weer. In de blokken worden de namen van de ruimtes vermeld en bij de pijlen wordt aangegeven welke stoffen er stromen. Let hierbij op de fase-aanduiding. De aanwezigheid van een katalysator in een reactor wordt vaak met een kruis in het blok aangegeven.
Het hierboven beschreven proces zou in zo'n blokschema als volgt kunnen worden weergegeven:
In het volgende filmpje is kort te zien hoe dit blokschema vanuit de tekst is opgesteld.
Op de volgende pagina kun je verder oefenen met het maken en interpreteren van blokschema's.
1.5 Oefenen met blokschema’s I
1.6 Oefenen met blokschema’s II
Het alfol proces
Het alfol proces, is een proces waarbij langere onvertakte primaire alcoholketens worden gesynthetiseerd. De koolstofketens hebben een even aantal, tussen de zes en twintig koolstofatomen. Deze alcoholen kunnen worden gebruikt als alternatief voor natuurlijke alcoholen en worden voornamelijk gebruikt in biologisch afbreekbare wasmiddelen.
1.7 Oefenen met blokschema’s III
1.8 De productie van bleekmiddel
Het hierboven weergegeven schema geeft alleen de opstartfase van het proces weer. Als alle stofstromen continu zo open zouden blijven staan, zal er een probleem ontstaan. Leg kort uit in je labjournaal wat er mis zal gaan en hoe dit opgelost kan worden.
Teken het aangepaste blokschema in je labjournaal en laat dit controleren.
1.9 Reflectie
Maak, voordat je deze ruimte verlaat, een overzicht in je labjournaal waarin je aangeeft wat je vindt te hebben geleerd.
Vergelijk jouw overzicht met de doelstellingen aan het begin van de productieruimte.
Benoem de meest opvallende verschillen.
Klik op de afbeelding om terug te blikken op je werk in deze productieruimte.
2. Ethanol productieruimte
Je bent aangekomen in de Ethanol Productieruimte.
Klik op hier om erachter te komen wat er hier van je wordt verwacht.
Benodigde Voorkennis en Leerdoelen
Voor je aan deze ruimte begint...
weet je:
wat een additiereactie is
wat een chemisch evenwicht is en welke factoren een chemisch evenwicht beïnvloeden
wat een evenwichtsvoorwaarde is
de principes achter scheidingsmethoden (filtreren, extraheren, destilleren, bezinken) en analysetechnieken (GC, MS)
kun je:
reactievergelijkingen opstellen en kloppend maken
aan de hand van reactieomstandigheden beredeneren hoe een chemisch evenwicht verschuift
chemisch rekenen
analysespectra van gaschromatografie (GC), massaspectometrie (MS) interpreteren
is het handig om te weten:
wat fermentatie is
Wat ga je in deze ruimte leren?
je bent in staat om te beargumenteren welke productie-omstandigheden leiden tot een goede opbrengst van het eindproduct
je bent in staat om de juiste (combinatie van) scheidingsmethodes te kiezen die nodig zijn in een bepaald productieproces
je bent in staat om te beslissen welke zuiverheidsanalyses (GC en/of MS) kunnen worden ingezet om de zuiverheid van het eindproduct te kunnen bepalen en bent je bewust van de beperkingen van deze methoden
je kunt een productieproces op een juiste manier weergeven in een blokschema
je kunt twee verschillende productiemethoden tegen elkaar afwegen op basis van duurzaamheid
Ga bij jezelf na of je de voorkennis beheerst. Schrijf eventuele onzekerheden/onduidelijkheden op in je labjournaal in de vorm van vragen.
Oefening: Prof. Vitriool en Ir. Houtgeest testen je voorkennis
Halber Fritz vertelt je over de verschillende productiemanieren van ethanol.
Ethanol wordt op twee manieren gefabriceerd.
De ene manier is door additie van water aan etheen, een raffinageproduct uit aardolie.
De andere is door fermentatie (vergisting) van geschikte plantendelen.
Het bedrijf Shell heeft de additie-methode ontwikkeld in 1947.
Dit proces wordt nu nog steeds toegepast in Saoudi-Arabië.
De fermentatie-methode wordt tegenwoordig steeds meer gebruikt en is volop in ontwikkeling.
Neem onderstaande uitgebreidere informatie over de fabricage-manieren goed in je op. Schrijf een samenvatting in je labjournaal aan de hand van de 5 punten hieronder.
Met de achtergrondinformatie zul je helpen een productielijn voor ethanol te optimaliseren in de Virtuele Fabriek.
We moeten hiervoor:
de beste reactiecondities gaan bepalen
het product zo goed mogelijk zuiveren.
nauwkeurig bepalen hoe zuiver het product is geworden.
voor beide productiemethoden een werkbaar blokschema ontwerpen.
beide productiemethoden tegen elkaar afwegen.
Ethanolproductie: de additie-methode
Etheengas wordt samengevoegd met waterdamp. De optredende reactie is een evenwichtsreactie:
CH2=CH2(g) + H2O(g) ↔ CH3-CH2-OH, ΔE=-45 kJ mol-1
Etheen en stoom worden door een reactor geleid waarin de katalysator fosforzuur aanwezig is.
Dit fosforzuur zit als coating vastgehecht aan dragermateriaal gemaakt van siliciumoxide.
De gasstroom wordt na verblijf in de reactor naar een scheidingsruimte geleid. De ethanol wordt afgevoerd en
de overgebleven gassen worden teruggevoerd naar de instroom voor de reactor.
Door de juiste procesomstandigheden te kiezen is een rendement van 95% te halen.
Bekijk de eerste 2 minuten en 2 seconden van het volgende filmpje(tot en met "potent, but not potable"). Het is een Engelstalig filmpje. Als je woorden niet kent, zoek je ze op!
Heb je tijdens het kijken en lezen nagedacht over de ideale mix van procesomstandigheden (mengverhouding beginstoffen, druk, temperatuur, invloed katalysator? Zo niet, kijk en lees dan opnieuw, want prof. Vitriool en ir. Houtgeest willen winst maken en verwachten van jou dat je daarbij helpt!
2.2 Aanbeveling reactiecondities
In de Virtuele Fabriek wordt, zoals Halber Fritz je heeft verteld, een nieuwe ethanol-productielijn opgezet.
Prof. Vitriool en Ir. Houtgeest willen dat je advies geeft over de productie van ethanol door additie van water aan etheen.
Je advies wordt gevraagd over de volgende drie reactiecondities:
mengverhouding van de twee gassen etheen en waterdamp
de temperatuur
de druk
Houd daarbij de volgende kostenplaatjes in gedachten:
etheen is duurder dan stoom
productietijd gaat omhoog bij lagere temperatuur en tijd is geld
voor gebruik hoge druk zijn sterkere en dus duurdere pijpen en vaten nodig
bij hoge druk ontstaat een nevenreactie: de polymerisatie van etheen tot polyetheen
de katalysator fosforzuur is duur maar noodzakelijk (houd rekening met de oplosbaarheidseigenschappen van fosforzuur)
Schrijf een zorgvuldig geformuleerde aanbeveling (180-250 woorden), waarin je komt tot een beargumenteerd advies over elk van de drie genoemde reactiecondities. Je doet dit samen met een klasgenoot, die ook stage loopt in de Virtuele Fabriek. Uiteraard mis je de ervaring om tot een precieze waarde voor temperatuur en druk te komen, maar je kunt wel adviseren in termen van "hoog", "laag", "hoger dan", "lager dan", en/of "minimaal" of "maximaal" etcetera.
Gebruik voor het schrijven van je advies GoogleDocs of ga hiervoor naar deze website, waar een van jullie een nieuw document aanmaakt door een naam te kiezen voor jullie document en OK te klikken. Er wordt nu een nieuwe webpagina aangemaakt. Wanneer jij of je klasgenoot op zijn/haar computer ook naar deze site gaat, kunnen jullie samen tegelijkertijd schrijven aan de aanbeveling. Zodra jullie beiden tevreden zijn over de aanbeveling, kopieer je de tekst ieder in je eigen labjournaal met allebei jullie naam eronder.
Nagedacht en antwoord opgeschreven?
Heb je je aanbeveling netjes geformuleerd? Het zijn wel de bazen van de fabriek waar je het voor schrijft, dus pas je taalgebruik daaraan aan.
Heb je in je aanbeveling alle drie reactiecondities besproken? En daarbij rekening gehouden met de kostenplaatjes?
In de praktijk wordt een temperatuur van 300°C gebruikt, een druk van 60-70 bar en een overmaat etheen.
Had jij dit ook? Zo niet, bedenk dan met welke argumenten men tot deze omstandigheden komt. Schrijf een tweede versie van je aanbeveling onder je eerste versie in je labjournaal, waarin je met geldige argumenten uit komt op de genoemde condities en waar nodig je taalgebruik corrigeert.
2.3 Zuivering
Hoe zuiveren we de ethanol? Eerst oefenen met blokschema's
Nu de optimale reactiecondities zijn ingesteld, biedt dit de beste voorwaarden voor een goede opbrengst.
Maar hoe scheiden we ethanol van alle andere stoffen zodat we een zo zuiver mogelijke opbrengst krijgen?
Hiervoor is het belangrijk dat het ontwerp van de ethanol productielijn goed in elkaar zit.
Het proces-ontwerp geven we weer in een blokschema. Weet je hoe dat werkt.
Als je al in de Bleekmiddel-ruimte hebt gewerkt, weet je al veel van blokschema's en is onderstaande een extra training in blokschema's.
Samengevat bestaat een blokschema grofweg uit twee elementen: blokken die een bewerkingsproces of reactie voorstellen en verbindingspijlen die de stofstromen aangeven en de richting van de stofstromen.
Bij de verbindingspijlen worden de namen of de formules genoemd van de stoffen/deeltjes die van het ene naar het andere blok gaan.
Laten we je inzicht in het interpreteren van blokschema's oefenen aan de hand van de productie van 1,2-epoxypropaan, een goedje dat ze in een naburige fabriek produceren.
1,2-Epoxypropaan is interessant spul. Het wordt gebruikt als raceauto-brandstof, brandstof voor modelvliegtuigjes, maar ook om rauwe amandelen of pistachenoten te ontdoen van eventuele infecties met Salmonella.
Houd jij van noten?
Goed, sinds kort gebruikt de fabriek een nieuw ontwikkelde methode: propeen laten reageren met waterstofperoxide. Die waterstofperoxide kopen ze van ons.
Dit is de reactievergelijking: CH3CH=CH2 + H2O2 → CH3CHCH2O + H2O
En dit is de opzet van het blokschema, één reactieruimte en één scheidingsruimte:
2.4 Vervolg zuivering
Hoe zuiveren we de ethanol?
Ir. Houtgeest verwacht van je dat je nu bekwaam bent in het interpreteren van blokschema's.Jij en Halber Fritz hebben optimale reactiecondities ingesteld bij de ethanol-productielijn, da's mooi. Dit biedt de beste voorwaarden voor een goede opbrengst! Maar hoe krijgen we nu een zuivere opbrengst? Hoe zuiverder, hoe hoger de prijs die we er voor kunnen vragen!
Hiervoor is het belangrijk dat het hele ontwerp, ofwel het blokschema van de ethanol productielijn goed in elkaar zit.
Hieronder zie je het blokschema van de ethanol productielijn. Bestudeer het maar eens goed.
Er zijn overigens gasten uit een naburige Fabriek aanwezig vandaag in de Virtuele Fabriek.
ik heb geen tijd om ze rond te leiden en vraag jou om de gasten de ethanol productielijn te laten zien en ze uit te leggen wat er op de verschillende punten gebeurt en hoe de ethanol gezuiverd wordt.
Vul voor een juiste uitleg de onderstaande lege vakken in. Kies hiervoor uit de volgende begrippen.
Na je rondleiding hebben de gasten nog twee vragen voor je.
1. Waarom kun je meestal de terugvoer van stoffen niet rechtstreeks aangekoppeld tekenen op de ingang van de invoerstromen, zoals bij stofstromen A en B in de afbeelding hiernaast?
2. Welke temperatuur is eigenlijk het meest geschikt om te gebruiken bij ruimte H?
Noteer de antwoorden die je gegeven hebt aan de gasten in je labjournaal, dan kun je ze op een later moment nog bespreken met Ir. Houtgeest of Halber Fritz. (Schrijf er dan ook de vragen zelf bij, anders weet niemand straks waar het over gaat in je labjournaal.)
2.5 Zuiverheidsanalyse met MS
Het analyseren van de zuiverheid van de geproduceerde ethanol
Nu het ontwerp van de ethanolproductielijn zo is opgezet, dat het eindproduct zo zuiver mogelijk kan worden opgeleverd, moeten er natuurlijk ook controles worden opgezet om de zuiverheidsgraad van het eindproduct te controleren. Je krijgt de opdracht om je hier eens goed in te verdiepen.
Professor Vitriool wil dat je eerst naar de techniek massaspectrometrie (MS) gaat kijken, omdat dit zo'n mooie techniek is en daar is hij uiteraard zeer gevoelig voor.
Om je kennis over MS op te frissen dan wel aan te maken, wil ik dat je deze animatie over de MS-techniek gaat bekijken. Tip:lees eerst onderstaande opdrachten door, zodat je de bovengenoemde animatie gericht kunt bekijken en weet waar je specifiek op moet letten bij het oefenen met interpreteren van MS-spectra.
Na het bekijken van de animatie ga je hier naar toe om te oefenen met interpreteren van MS-spectra. Maak de oefening van Broom, Water, Methaan, Ethaan en Stof X. Noteer een samenvatting van je antwoorden in je labjournaal als volgt: kopieer de spectra in je labjournaal en zet eronder welk molecuulfragment voor welke piek verantwoordelijk is. Benoem alle pieken.
OK, klaar met oefenen? Dan nu het echte werk.
Ik heb de massaspectra van etheen, water en ethanol in je labjournaal gedaan. Verklaar door welke molecuulfragmenten de pieken op de verschillende massaspectra worden veroorzaakt.
Doe dit alleen voor pieken die een relatieve intensiteit hebben van minimaal 20%.
Vul hiervoor in je labjournaal een tabel met de volgende kolommen in:
Vul de kolom m/z-waarde van hoog naar laag in.
Werk samen met een medestagiair aan de tabel.
Tip: ga bij het bepalen van de fragmenten uit van de moederpiek, de piek veroorzaakt door M+, het molecuulion, waar geen atomen vanaf zijn gebombardeerd, maar slechts 1 elektron. Vanuit dit molecuulion kun je de piek met de eerstvolgende lagere m/z-waarde verklaren, door te bedenken welk stuk van het molecuul overeenkomt met het verschil in m/z-waarde en welke atoombinding dan verbroken moet zijn. Het is handig om de structuurformules van de stoffen voor je te zien.
2.6 Zuiverheidsanalyse met GC
Ir. Houtgeest komt erbij staan wanneer je met prof. Vitriool over de massaspectra aan het overleggen bent en wijst prof. Vitriool er fijntjes op dat kwalitatieve analysetechnieken misschien wel "grote schoonheid" bezitten, maar dat dat geen winst zal opleveren.
Ik ben geinteresseerd in de kwantiteit!
Bovendien, als de verontreiniging slechts een paar % beslaat, vallen die mooie selectieve pieken helemaal weg in de achtergrond of ruis.
Denk daar maar eens over na en noteer in je labjournaal waarom je welke analysetechniek wel of niet kunt gebruiken.
Gaschromatografie is de techniek die gebruikt moet gaan worden!
De concentratie water in ethanol kan met behulp van gaschromatografie worden bepaald. Daarvoor moet twee keer een chromatogram worden opgenomen.
Ir. Houtgeest vraagt je aan te geven wat je bij het opnemen van elk van beide chromatogrammen moet injecteren en ook aan te geven hoe je uit de verkregen chromatogrammen de concentratie water kunt bepalen.
Feedback
• denk na over waarom er twee chromatogrammen nodig zijn
• denk na of het uitmaakt hoeveel je injecteert
• denk na hoe de pieken op het spectogram een maat kunnen zijn voor de concentratie
Jouw antwoord aan Ir. Houtgeest
Geef je antwoord door in onderstaande vier zinnen op elke open plek een van de volgende fragmenten te kiezen.
01 water
02 geproduceerde ethanol
03 plaats van de piek van
04 de piekoppervlaktes van
05 een chromatogram opnemen (chromatogram 1) van
06 in chromatogram 1
07 een chromatogram opnemen (chromatogram 2) van
08 in chromatogram 2 komt te liggen
09 een bekende hoeveelheid
10 waar de piek van
11 de verhouding van
Feedback
Om GC als kwantitatieve methode te gebruiken moet altijd twee keer een chromatogram worden opgenomen. Handig als je de algemene manier noteert in je labjournaal!
Gebruik het juiste antwoord hierboven om daarmee in je labjournaal een algemeen geldende methode te noteren. Gebruik in plaats van de specifieke stofnamen "de stof waarin je geinteresseerd bent" en "het te onderzoeken mengsel".
2.7 Vervolg zuicerheidsanalyse met GC
De Gaschromatograaf
Nu je begrijpt hoe je de gaschromatogrammen moet gebruiken voor berekeningen, laat Halber Fritz je de gaschromatograaf zien. Bestudeer 'm goed!
Hij vertelt je dat de kolom bestaat uit een 30 meter lange capillaire buis met een polaire stationaire fase. Als dragergas wordt Helium gebruikt.
En nu: GC-en maar!
Halber Fritz vertelt je dat ze in dit GC-apparaat altijd nog een extra referentiestof gebruiken,
om nauwkeuriger concentraties te kunnen bepalen.
De bepaling doen jullie als volgt:
Jullie maken een standaardoplossing van water en de referentiestof in ethanol. De concentraties van deze stoffen zijn bekend.
Dit mengsel analyseren jullie in de gaschromatograaf. Hierbij worden de oppervlaktes van de pieken in het chromatogram gemeten (bepaling 1).
Vervolgens maken jullie een mengsel van de geproduceerde ethanol en de referentiestof.
De concentratie van de referentiestof hierin is even groot als in de standaardoplossing.
Dit mengsel van de geproduceerde ethanol en de referentiestof analyseren jullie ook in de gaschromatograaf, en de oppervlaktes van de pieken in het chromatogram worden gemeten (bepaling 2).
Uit de gemeten piekoppervlaktes kan het gehalte water in de geproduceerde ethanol worden berekend.
Dit zijn de chromatogrammen die jullie hebben gekregen:
In onderstaande tabel zijn de piekoppervlaktes (zonder eenheid) van water en de referentiestof vermeld, die bij jullie bepaling zijn gemeten.
Wat is nu de concentratie, in mol L-1, van water in het geproduceerde ethanol?
Ga er bij je berekening van uit dat door het toevoegen van de referentiestof aan de geproduceerde ethanol het volume niet toenam en dat tijdens de bepaling de referentiestof niet met andere stoffen heeft gereageerd.
Gebruik bovenstaande gegevens en het gegeven dat in jullie standaardmengsel de concentratie van water gelijk was aan 1,54 mol L-1.
Voldoet de geproduceerde ethanol aan de kwaliteitsnorm die het bedrijf Shell hanteert voor het via de additie-methode geproduceerde Crude Industrial Ethanol?
2.8 Aan het werk met het fermentatie-proces
Een andere productie-methode voor ethanol
Ir. Houtgeest loopt al een tijd met de gedachte rond dat het verstandig zou zijn om vanwege kosten en winstverwachtingen over te stappen op een andere productiemethode voor ethanol: via fermentatie. Zij weet dat ze in de VS daar al ver mee zijn.
Ze vraagt je nog eens goed te bestuderen hoe ze dit precies daar doen en daarvoor nogmaals onderstaand filmpje te bekijken (de eerste 2 minuten en 2 seconden; tot en met "potent, but not potable").
Hoe zou de productielijn in de Virtuele Fabriek uitgewerkt kunnen worden?
Ir. Houtgeest wil dat je nu aan de hand van het animatie-filmpje het blokschema voor dit proces gaat ontwerpen.
Zij geeft je daarvoor nog de volgende aanwijzingen:
We hebben maar ruimte voor maximaal 5 tanks (reactoren of scheidingsruimten), dus als verschillende stappen in dezelfde reactor kunnen worden gedaan, dan heeft dat de voorkeur.
Volgens mij houden ze in het filmpje informatie achter. Op de manier die ze daar laten zien kan het niet anders of de leidingen raken verstopt door alle pulp. Bedenk waar de verstoppingen met pulp kunnen ontstaan en verzin hiervoor een oplossing.
Ik heb contacten met een fabriek in de buurt. Ze kunnen ons verpulverd cellulose-materiaal leveren voor een zacht prijsje, dus in onze fabriek moet het proces vanaf daar ontwikkeld worden.
Als je je uitgewerkte blokschema straks aan me presenteert, wil ik in één oogopslag kunnen zien wat je bedoelt. Dus geef in het blokschema duidelijk aan welke scheidingsmethoden we moeten gaan gebruiken.
En zet bij alle stofstromen een of meer van de volgende bijschriften: cellulose-houdend materiaal, enzymen, ethanol, gist, koolstofdioxide, suikers, water.
Het is best een klus dus vraag een mede-stagiair om er samen met je aan te werken. Doe dit hier of in GoogleDocs. Als jullie klaar zijn, kopieer het blokschema dan naar jullie labjournaal. Dan kunnen we het bekijken.
- heb je bij alle stofstromen bijschriften staan?
- heb je waar mogelijk stofstromen terug geleid naar een eerdere ruimte?
- zijn alle leidingen goed aangesloten op de reactoren en scheidingsruimten? Een blokschema is namelijk een bouwtekening; leidingen die eindigen voordat ze bij een reactorvat of scheidingsruimte zijn aangekomen leveren geen product op maar een hoop rotzooi, en dat kunnen wij weer opruimen.
Welke productiemethode kiezen?
Weet jij al welke van de twee methoden nu het beste is voor de Virtuele Fabriek? Ik vind het een lastige keuze.
Ir. Houtgeest bekijkt alles vanuit geld en tijd.
Prof. Vitriool ziet alleen maar de "schoonheid" achter elke chemische reactie.
Ik vind dat duurzaamheid ook in de beslissing moet worden meegenomen.Daarom heb ik zelf al wat zitten uitzoeken over recente ontwikkelingen in de wereldproductie van ethanol en heb een paar dingen op een rijtje gezet.
Ik vond gisteren nog een bericht van TNO over een nieuw proces.
Lees het hier.
In de tabel hieronder ben ik begonnen een overzichtje te maken.
Ik wil graag dat je hier je licht over laat schijnen en in je labjournaal voor elke tabelcel
1] uitlegt of je het hier mee eens bent of niet
2] waar nog niets staat ingevuld, beargumenteerde aanvullingen geeft,
om uiteindelijk de hoofdvraag te beantwoorden: in welk van de genoemde productiemethoden zou de Virtuele Fabriek moeten investeren volgens jou?
Feedback
Ik lees je aangepaste tabel graag terug in je labjournaal. Ben benieuwd naar jouw visie op waarin de Virtele Fabriek zou moeten investeren!
2.9 Reflectie
Kijk in je labjournaal naar de leerdoelen die bij het onderdeel Reflectie nog eens voorgedrukt staan en doe het volgende:
→ Zet onder elk leerdoel een cijfer van 1 t/m 5 om aan te geven hoe goed je dat leerdoel denkt te beheersen:
1 helemaal niet,
2 een beetje maar veel te weinig
3 wel aardig maar niet gegarandeerd
4 ruim voldoende
5 goed, kom maar op met die toetsvragen
→ Bespreek de leerdoelen waar je jezelf minder dan een 4 voor hebt gegeven en doe dit als volgt:
Geef bij elk van die leerdoelen aan, in hoeverre het komt doordat je:
a. er onvoldoende je best voor hebt gedaan
b. er onvoldoende tijd aan hebt besteed
c. het onderwerp te moeilijk vond
d. iets anders, namelijk...
Bedenk bij elk van die leerdoelen concrete vragen voor je docent:
a. wat heb je gemist aan uitleg/informatie om dit leerdoel te kunnen bereiken?
b. wat snap je precies niet?
Wat ga je concreet doen om dit leerdoel/deze leerdoelen alsnog te gaan beheersen
Laat het je docent weten wanneer je je reflectie-opdracht hebt gedaan. Afhankelijk hiervan wordt het vervolg van je stage bepaald.
Als je je reflectie-opdracht hebt afgerond, klik dan op de afbeelding om terug te blikken op je werkzaamheden in de Ethanol Productieruimte en te horen wat er nu van je verwacht wordt.
D-toets 1
Bij de Lift van BG naar -1
Je hebt nu in alle Productieruimten op de Begane Grond gewerkt en hebt flesjes van de eindproducten gekregen. Bewaar ze maar goed. Halber Fritz zal wel iets voor je in petto hebben met die flesjes.
Je bent aangekomen bij de Lift.
Klik op het liftknopje voor het vervolg.
Maak vervolgens D-toets 1. Deze staat links in beeld onder het kopje 'Opdrachten en Toetsen'.
Na de D-Toets aangekomen op Verdieping -1
Je bent op Verdieping −1 aangekomen.
Klik op de Wegwijzer voor het vervolg.
3. Ammoniak productieruimte
Klik op het schilderij in onderstaand plaatje om de inleiding op de ammoniak productieruimte te zien.
Ammoniak: Benodigde Voorkennis en Leerdoelen
Voor je aan deze ruimte begint
weet je:
wat een blokschema is en hoe die werkt
wat reactiesnelheid is
hoe een chemisch evenwicht werkt
hoe je reactiesnelheid en evenwicht kunt beïnvloeden
kun je:
chemisch rekenen
de evenwichtsvoorwaarde opstellen
met de evenwichtsvoorwaarde rekenen
is het handig om te weten:
welke factoren de ligging van een evenwicht beïnvloeden
Wat ga je in deze ruimte leren?
verdieping van je kennis over chemische evenwichten
hoe je een proces kunt optimaliseren
het gebruiken van blokschema's
3.1 Het productieproces
Om te weten wat je in deze ruimte te wachten staat, ga je eerst onderstaand filmfragment bekijken en wat herhalingsoefeningen maken over evenwichtsreacties. Om het productieproces te kunnen optimaliseren moet je namelijk weten hoe je het proces kunt beïnvloeden. We gaan dus kort herhalen hoe je reactiesnelheden en evenwichten kunt beïnvloeden.
Bekijk het videofragment hieronder en maak van het productieproces dat beschreven wordt een korte samenvatting waarin je vooral ingaat op de reacties, de omstandigheden, de stoffen en de benodigde apparatuur. Schrijf deze samenvatting in je labjournaal.
3.2 Evenwichten
In het videofragment kwam dit schema voor:
We concentreren ons op het onderste deel, dus de productie van NH3 uit N2 en H2. Onder druk worden N2 en H2 de reactor (converter) ingepompt. In de reactor vindt onder invloed van een katalysator de omzetting naar NH3 plaats. Deze reactie is een evenwichtsreactie. Het ontstane evenwichtsmengsel wordt naar een scheidingsruimte (cooler) overgepompt waar het wordt afgekoeld. De uitgangsstoffen H2 en N2 worden hier gescheiden van het product NH3 en gerecirculeerd (teruggepompt naar de aanvoer van de uitgangsstoffen die de reactor ingaan). Het product wordt de koeler uitgepompt en opgeslagen (ammonia storage). Dit proces kan weergegeven worden in een blokschema.
Teken dit blokschema in je labjournaal, zorg dat je alle stoffen met toestandsaanduiding vermeldt in de stofstromen. Laat het resultaat controleren.
Noteer ook de vergelijking van het evenwicht en beantwoord dan de volgende twee korte vragen.
Vergelijk het blokschema dat je van de ammoniakproductie hebt gemaakt met het overeenkomstige deel in je samenvatting van het filmfragment. In beiden wordt een deel van het totale productieproces van ammoniak weergegeven. Noteer het volgende in je labjournaal:
- Noem een voordeel van het gebruik van een samenvatting ten opzichte van het gebruik van een blokschema.
- Noem een voordeel van het gebruik van een blokschema t.o.v. het gebruik van een samenvatting.
- Leg uit welke van de twee vormen (samenvatting of blokschema) voor jou de voorkeur heeft.
3.3 Beïnvloeden reactiesnelheid en evenwicht
Bij een aflopende reactie kan het rendement 100% zijn. Uitgangsstoffen zijn dan volledig omgezet in product. Omdat een chemisch evenwicht wordt gekenmerkt door de (blijvende) aanwezigheid van de uitgangsstoffen kan het rendement nooit 100% zijn. Het rendement van een evenwichtsreactie is afhankelijk van een aantal factoren. De factoren die invloed hebben op de ligging van het evenwicht kunnen aangepast worden om het rendement te verhogen. Denk eerst nog even terug aan het beïnvloeden van de reactiesnelheid.
Weet je nog? Factoren die invloed hebben op de snelheid van een reactie zijn: soort stof, concentratie, druk, verdelingsgraad, temperatuur en aanwezigheid katalysator.
Een verhoging van de reactiesnelheid betekent echter nog niet dat het rendement van een evenwichtsreactie hoger is. Zowel de heengaande reactie (naar rechts) als de teruggaande reactie (naar links) zullen immers beiden versneld worden. Verhoging van het rendement moet gebeuren door verschuiving van het evenwicht naar rechts. Dat betekent het verhogen van de concentraties van de producten ten opzichte van de concentraties van de uitgangsstoffen.
In onderstaande tabel staan factoren die invloed hebben op de snelheid van een reactie. Deze tabel staat ook in je labjournaal. Vul deze tabel aan volgens de instructies onder de tabel. Ga uit van een standaard situatie waarin er een evenwicht is. Geef vervolgens aan wat er anders is als je de factoren verandert zoals aangegeven. Laat de tabel in je labjournaal controleren als je deze hebt ingevuld. Om je eventueel op weg te helpen kun je hier gebruik maken van een applet.
K: Verandert K, ja of nee?
Reactiesnelheden: Wordt alleen de heenreactie sneller of ook de terugreactie? En als ze beiden sneller worden, worden ze dan beiden evenveel sneller?
Insteltijd evenwicht: Is de insteltijd van het evenwicht korter, langer of blijft deze gelijk?
Ligging evenwicht: Verschuift de ligging van het evenwicht wel of niet? En als het verschuift, naar welke kant dan? Naar links of rechts; naar de endotherme of de exotherme kant; naar de kant met de meeste deeltjes of die met het minste aantal deeltjes?
Om het rendement en dus de opbrengst van een productieproces zo hoog mogelijk te maken worden de factoren die de ligging van het evenwicht beïnvloeden zodanig gekozen dat de meest optimale reactieomstandigheden verkregen worden. Een andere manier om het rendement en dus de opbrengst van een productieproces te verhogen, is het aflopend maken van de evenwichtsreactie door het wegnemen van één of meerdere van de producten. Door het verwijderen van product uit het evenwichtsmengsel kan de teruggaande reactie niet meer verlopen en is er geen evenwicht meer. Niet gereageerde uitgangsstoffen kunnen vervolgens weer hergebruikt worden.
Het hergebruik van de uitgangsstoffen betekent een hoger rendement van mijn reactie en dat is mooi.
Het hergebruik van de uitgangsstoffen betekent dat er minder van ingekocht hoeft te worden. Dat scheelt dus kosten en dat verhoogt dus mijn, eh, onze opbrengst. En dat is mooi.
Het hergebruik van de uitgangsstoffen betekent dat er minder afval is. Dat scheelt kosten voor de afvoer en is beter voor het milieu, dus schonere chemie. En dat is mooi.
3.4 Optimaliseren productieproces
Dat gedoe met die evenwichten moet nu maar eens klaar zijn. Het is tijd om echt aan de slag te gaan. Gebruik je kennis van de factoren die de ligging van een evenwicht beïnvloeden nu maar eens om geld te verdienen voor ons. In stapjes ga je het productieproces optimaliseren waarbij je steeds een zo hoog mogelijke opbrengst probeert te verkrijgen. Daarbij zul je ook de praktische uitvoerbaarheid en het kostenplaatje in de gaten moeten houden. En nu aan de slag. Aan de knoppen en geld verdienen.
Invloed van de temperatuur. Door de temperatuur te veranderen, verandert de waarde van K, dus ook de ligging van het evenwicht en dus ook de opbrengst aan ammoniak. Je gaat met onderstaande applet nu eerst kijken hoe je de opbrengst kunt verbeteren door de temperatuur te variëren.
De toevoer van stikstof en waterstof vindt plaats bij een druk van 100 bar en is in de verhouding 1 : 3. Varieer de temperatuur en noteer de resultaten (insteltijd en omzetting) in de voorgedrukte tabel in je labjournaal. Bereken daarna de samenstelling van de verkregen gasmengsels en de waarden voor K.
Invloed van de druk. De insteltijd van een evenwicht kan verkort worden door de concentraties van de reactanten te verhogen. Omdat het hier om gassen gaat kan dit bereikt worden door de druk te verhogen. Je gaat nu met onderstaande applet kijken hoe je de insteltijd kunt verbeteren door de druk te variëren. De toevoer van stikstof en waterstof vindt plaats bij constante temperatuur van 300 °C en is steeds in de verhouding 1 : 3. Varieer de druk en noteer de resultaten (insteltijd en omzetting) in de voorgedrukte tabel in je labjournaal. Bereken daarna de samenstelling van de verkregen gasmengsels en de waarden voor K
Zoals je zag wordt de insteltijd van het evenwicht verkort als je de druk verhoogt. De druk kan echter niet onbeperkt verhoogd worden vanwege de veiligheid en de kosten die er mee verbonden zijn. Verder kon je zien dat het verhogen van de druk geen invloed had op de hoogte van de opbrengst.
Invloed van de temperatuur en druk. Je gaat nu beide variabelen combineren. De toevoer van stikstof en waterstof is constant in de verhouding 1 : 3. Varieer de druk en temperatuur en noteer de resultaten in de voorgedrukte tabel in je labjournaal. Omdat de winst niet alleen wordt bepaald door de hoeveelheid geproduceerde stof, maar omdat ook de gemaakte kosten voor het produceren van belang zijn, wordt er gekeken naar meerdere factoren. Hierbij kun je denken aan de kosten van het energieverbruik, materialen en apparatuur. Deze worden allemaal meegenomen in het bepalen van de meest optimale omstandigheden. Het resultaat wordt weergegeven met de zogenaamde euro-factor (€f). Zorg voor een maximale €f
Bij industriële processen heeft de tijdsduur van een proces, invloed op de prijs van het product en dus eventueel op de winst. Als de beginstof reageert zal de concentratie ervan afnemen en dan zal de reactiesnelheid afnemen. Vaak is het economisch gunstiger om een reactie niet volledig te laten verlopen of om niet te wachten totdat een evenwicht volledig is ingesteld. Niet-gereageerde stoffen kunnen vervolgens van producten gescheiden worden en hergebruikt. Door dit recirculeren kan ook bij evenwichtsreacties een hoog rendement worden verkregen.
3.5 De productie
Zo! Genoeg met de knoppen gespeeld. Je weet nu onder welke omstandigheden het ammoniak geproduceerd moet gaan worden. Laten we het blokschema er bij nemen en denk en reken dan weer even mee (geef het antwoord steeds in 2 cijfers en let op de eenheid).
In de scheidingsruimte wordt door koeling het gevormde ammoniak afgescheiden. Eerst wordt de processtroom gekoeld met de reactorvoeding, daarna met water en tenslotte met vloeibare ammoniak (-33 °C). Het recirculatiegas bevat dan nog wel een beetje ammoniakgas maar dat verwaarlozen we. Teken in je labjournaal het blokschema waarin dit scheidingsproces is weergegeven. Ga uit van het blokschema dat er al van het productieproces is en voeg de drie koelingsstappen hieraan toe. Geef daarnaast ook voor elke koelingsstap aan waarom dit zo gedaan wordt. Denk hierbij aan zaken die ons geld besparen zoals lager energieverbruik, hergebruik elders in de fabriek, beschikbaarheid enz. Doe dit samen met een medeleerling en bespreek jullie bevindingen met je docent of met de PAL.
Mooi. In ploegendienst is dit goed te doen. Produceren maar.
3.6 Reflectie
Kijk nog eens naar de doelstellingen van deze ruimte zoals je ze tegenkwam bij de introductie. Maak een lijstje van de doelstellingen in je labjournaal en geef per doelstelling aan of je vindt dat je in deze ruimte aan dat doel hebt voldaan. Leg per onderdeel kort uit waarom je vindt dat je er wel of niet aan hebt voldaan. Geef voor de doelstellingen, waarvan je vindt dat je ze niet hebt gehaald, aan hoe je deze wel zou denken te halen.
Klik nu op het roze varkentje in het plaatje hieronder om te reflecteren op je werk in deze ruimte.
4. Salpeter productieruimte
In deze ruimte wordt salpeterzuur geproduceerd.
Klik op het vat om te zien hoe je hier kunt helpen.
Voor je aan deze ruimte begint...
weet je:
hoe reactievergelijkingen kloppend moet maken
hoe titanpad werkt
kun je:
chemisch rekenen
blokschema's maken
is het handig om te weten:
dat wat er in gaat er ook weer uit komt
Wat ga je in deze ruimte leren?
hoe nog beter blokschema's te maken
elementen en massa's te balanceren
stoffen te recirculeren
4.1 Introductie
In deze ruimte ga je salpeterzuur voor ons maken. Voordat je echt kan beginnen moet je natuurlijk wel weten wat je precies gaat produceren en voor wie. Bekijk het volgende filmpje en maak een lijst van de producten die met salpeterzuur gemaakt kunnen worden. Noteer deze lijst in je labjournaal. Zo weten we aan wie we ons product straks kunnen verkopen. Bedenk ook in welke vorm we het kunnen verkopen.
Het productieproces in het fragment kan bij benadering weergegeven worden met onderstaand blokschema dat je ook kunt terugvinden in je labjournaal. Dit blokschema is echter niet compleet. Bekijk het bovenstaande filmpje nogmaals en vul het blokschema aan. Let wel: In het filmpje zijn de blokken 2 en 3 een gecombineerd proces met een wastoren.
4.2 De procesreacties
Deze reactievergelijking is om een aantal redenen onbevredigend. Bedenk samen met een andere leerling, twee redenen en noteer deze in je labjournaal.
Als je er na vijf minuten nog niet uit bent vraag dan een hint aan de PAL.
In het filmpje wordt in de laatste stap van het productieproces het stikstofmonooxide uit het salpeterzuur verwijdert door lucht door te blazen en dit gecontroleerd te lozen aan de lucht. Bedenk samen met die andere leerling, twee redenen hoe dit beter kan en noteer deze in je labjournaal.
Ook hier geldt dat als je er na vijf minuten niet uit bent, je de PAL voor een hint kunt vragen.
Het stikstofmonooxide kan ook oplossen in water en vervolgens reageren tot salpeterigzuur. Maar het kan ook, zoals in het filmpje genoemd, uit de oplossing verwijderd worden en teruggeleid in het proces, gerecirculeerd. Met een kleine aanpassing zou het blokschema er dan zoals hieronder uit komen te zien. Dit incomplete blokschema staat in je labjournaal en kun je daar aanvullen
4.3 De atoomeconomie
Zie ik het goed dat jullie stof gaan recirculeren? Dat zou mooi zijn, scheelt vast een hoop in de inkoop. Reken even voor mij uit hoeveel. Laten we er even van uitgaan dat de drie gevonden reacties alle drie volledig verlopen. Hoeveel procent van het gevormde NO zou er dan steeds worden geloosd? (Geef antwoorden in 2 cijfers en let op de eenheden).
O ja: wat betekent dat eigenlijk 'de atoomeconomie'? Zoek dat eens op en noteer in je labjournaal .
Dagelijks wil ik 680 kg ammoniak gebruiken om salpeterzuur te maken. Het NO wordt pas de volgende dag in zijn geheel gerecirculeerd. Aan de hand van de drie reactievergelijkingen kan dan uitgerekend worden hoeveel HNO3 en hoeveel NO er aan het eind van iedere dag is geproduceerd. Reken dit uit en vul onderstaande tabel, die ook in je labjournaal staat, in.
Zet in een grafiek in je labjournaal de hoeveelheid geproduceerd salpeterzuur (kg) uit tegen de tijd (dagen).
Een interessante toepassing van salpeterzuur is dat je er koningswater mee kan maken. Zoek uit wat koningswater is, waar het vandaan komt, wat je er mee kunt en hoe het werkt. Doe dit samen met een medeleerling en gebruik www.titanpad.com om samen te werken. Zorg er voor dat de PAL jullie werk ook kan bekijken. Plak het eindresultaat in jullie labjournaal. Je mag er ook voor kiezen om een van de toepassingen die je uit het filmpje hebt gehaald nader te bekijken. Zoek dan samen uit op welke manier het salpeterzuur wordt gebruikt in die specifieke toepassing.
4.5 Kwaliteitsbewaking
Vraag aan je docent of PAL of je de kwaliteit van het geproduceerde salpeterzuur moet testen. Het gaat hier om een practicum waarbij je gaat titreren.
4.6 Reflectie
De drie belangrijkste doelstellingen van deze ruimte waren het verder oefenen met maken van blokschema’s, het verder oefenen met rekenen aan productieprocessen en aandacht voor het recirculeren van stoffen. Geef voor alle drie de doelstellingen aan in hoeverre je hiermee verder bent gekomen in deze ruimte en leg uit waarom je dit vindt. Doe dit met een medeleerling via www.titanpad.com en plaats opmerkingen of voorzie uitleg van commentaar. Zorg dat je beide doet, dus eigen bevindingen plaatsen en reageren op de bevindingen van de ander. Plak het resultaat in je labjournaal.
Klik op de orders om terug te kijken op je werk in deze productieruimte.
5. Zwavelzuur productieruimte
Klik op de vulkaan om de inleiding op de Zwavelzuur Productieruimte te bekijken.
Voor je aan deze ruimte begint...
weet je:
hoe je stoffen systematisch benoemt
hoe je reactievergelijkingen kloppend maakt
kun je:
nog steeds rekenen
blokschema's maken
is het handig om te weten:
wat alchemie is
Wat ga je in deze ruimte leren?
wat het verschil is tussen batch- en continu-processen
welke voor- en nadelen beide typen processen hebben
5.1 Introductie
Je gaat hier aan de slag met de productie van een zuur, zwavelzuur. Aan de hand van de productie van zwavelzuur door de eeuwen heen gaan we hier eens goed kijken naar de voor en nadelen van verschillende manieren van stoffen produceren: in porties (batchprocessen) of aan de lopende band (continuprocessen).
Een batchproces is een proces waarbij steeds een afgepaste hoeveelheid (portie, partij, Engels = batch) van iets wordt gebruikt of gemaakt. In het dagelijks leven kom je hier allerlei voorbeelden van tegen. Noteer tien voorbeelden van batchprocessen in je labjournaal.
Op eenzelfde manier kun je voorbeelden bedenken van zaken die continu plaatsvinden of situaties waarbij geen op voorhand afgepaste hoeveelheden worden gebruikt of gemaakt. Schrijf ook tien van deze voorbeelden in je labjournaal.
Kijk naar de tien voorbeelden van batchprocessen die je hebt genoteerd en bedenk vijf overeenkomstige eigenschappen. Bijvoorbeeld ‘afgepaste hoeveelheid’. Doe hetzelfde voor de voorbeelden van continuprocessen en noteer dit allemaal in je labjournaal.
Probeer de eigenschappen die je voor beide type processen hebt gevonden nu zo te formuleren, zodat ze betrekking hebben op chemische productieprocessen. Noteer weer in je labjournaal.
Bespreek je twee lijsten met drie andere leerlingen en noteer de overeenkomsten in je labjournaal.
Bespreek jullie uiteindelijke gezamenlijke lijst met de PAL.
Als het goed is heb je nu een idee gekregen van de uiteenlopende eigenschappen van batch- en continu-processen en wat de verschillen tussen de beide soorten processen zijn. Het is nu tijd om te kijken wat voor ons de handigste manier is om zwavelzuur te bereiden.
De ‘sterkte’ van de zure oplossing kon op verschillende manieren worden geregeld. Vermeld in je labjournaal twee manieren waarop de zure oplossing sterker gemaakt kon worden. Let hierbij goed op het verschil tussen een sterk zuur en een sterke zure oplossing.
Leg in je labjournaal uit of deze bereiding van zwavelzuur een continuproces of een batchproces was.
5.3 Het lodenkamerproces
Het lodenkamerproces deel 1
De concentratie van het zwavelzuur die met het recept van de alchemisten werd verkregen is voor de meeste huidige toepassingen niet hoog genoeg. Een manier om geconcentreerder zwavelzuur te produceren werd tijdens de industriële revolutie in de 18e eeuw door John Roebuck ontwikkeld. Dit proces was met name qua uitvoering veel goedkoper en er konden grotere hoeveelheden worden geproduceerd. De reacties vonden plaats in kamers die opgebouwd waren uit loden platen. In die tijd was dit het enige goedkope materiaal dat bestand was tegen zwavelzuur.
In zo'n lodenkamer werd een schotel geplaatst met daarop zwavel en een beetje salpeter. Dit mengsel werd aangestoken. Gevormde gassen werden vervolgens opgevangen door water op de bodem van de kamer. Dit proces werd enkele keren herhaald, waarna een zure vloeistof uit het bassin kon worden verwijderd. Het zo verkregen zwavelzuur had een concentratie van ongeveer 35 tot 45 %. Dit kon nog verhoogd worden door het mengsel te koken.
Het roosten vond plaats in een roostoven waarna de gevormde gassen naar de lodenkamer werden geleid. Het hiervoor aangepaste blokschema ziet er dan zo uit:
Op deze manier konden er vrij eenvoudig verschillende zwavelhoudende grondstoffen gebruikt worden zoals bijvoorbeeld zinkblende in plaats van pyriet.
In plaats van salpeter kon er ook gebruik worden gemaakt van bijvoorbeeld salpeterzuur.
5.4 Het lodenkamerproces verder
Het Lodenkamerproces deel 3
Zoals al eerder vermeld is, zijn de stikstofoxiden gasvormig en deze konden uit de lodenkamer ontsnappen. Rond 1837 werd het proces door Gay-Lussac verbeterd. Hij ontwikkelde een toren die deze stikstofgassen kon opvangen en terugleidden. Dit zorgde voor een lager gebruik van salpeter wat leidde tot een goedkopere productie. Dit werd gedaan door de gassen uit de lodenkamer van onder naar boven door de Gay-Lussac-toren te leiden. De zwavelzuuroplossing uit de lodenkamer werd in tegenstroom door de toren geleid. Het stikstofdioxide loste hier in op en de ontstane oplossing werd de lodenkamer ingeleid. Overgebleven stikstof en een kleine hoeveelheid stikstofdioxide ontweken via de schoorsteen. In een blokschema ziet dat er als volgt uit:
In de lodenkamer was een overmaat aan water nodig om te voorkomen dat er zogenaamde lodenkamerkristallen (NOHSO4) werden gevormd.
Het verkregen zwavelzuur had daarom een maximale concentratie van rond de 40 %.
De ontwikkeling om de concentratie van de zwavelzuuroplossing verder te verhogen was de Glovertoren. Bijkomend voordeel was dat er nog minder stikstofdioxide verloren ging. Omdat er minder nodig was, werd het salpeter niet meer toegevoegd via de roostoven maar via een aparte salpeteroven.
Het Lodenkamerproces deel 4
Pyriet werd geroost in een roostoven waarbij zwaveldioxide ontstond. Met lucht werd dit gas van onder naar boven door een Glovertoren geleid. Van boven naar beneden stroomde een mengsel van salpeterzuur, zwavelzuur en stikstofdioxide. Onderaan de Glovertoren kon een 78 % oplossing van zwavelzuur worden opgevangen. Bovenaan de Glovertoren stroomde een gasmengsel van lucht, zwaveldioxide en stikstofdioxide door naar één of meerdere lodenkamers. In de lodenkamers werd met water gesproeid waarin het zwaveldioxide oploste tot zwaveligzuur. Onder invloed van stikstofdioxide werd dit zwaveligzuur geoxideerd tot zwavelzuur. Omdat in de lodenkamers geen geconcentreerd zwavelzuur kon worden bereid, werd dit zwavelzuur teruggeleid naar de Glovertoren om geconcentreerd te worden. Het stikstof en stikstofdioxide uit de lodenkamers werd van onder naar boven door de Gay-Lussac-toren geleid. De zwavelzuuroplossing uit de Glovertoren werd in tegenstroom door de Gay-Lussactoren geleid. Het stikstofdioxide loste hier in op en de ontstane oplossing werd weer bovenin de Glovertoren geleid. Het stikstof uit de Gay-Lussactoren ontweek via een schoorsteen. Het totale proces is weergegeven in onderstaand blokschema:
Leg in je labjournaal uit waarom er [ ] om een deel van het blokschema staan.
Leg in je labjournaal uit of deze bereiding van zwavelzuur een continuproces of een batchproces was. Doe dit voor elk van de vier verschillende onderdelen.
Laat een andere leerling, waar je niet mee hebt samengewerkt, je uitleg lezen en lees zelf de uitleg van die leerling. Bespreek de verschillen en noteer deze in je labjournaal. Leg uit of en waarom je door de ander overtuigd bent geraakt of waarom je bij je eigen idee bent gebleven. Geef in je labjournaal het voor jouw belangrijkste argument voor elk van de onderdelen.
5.5 De productie
In de lade van een antiek bureau heb ik onderstaande tekeningen van een lodenkameropstelling gevonden met daarbij een recept voor het maken van zwavelzuur. De tekening en het recept zijn al meer dan honderd jaren oud.
Is het nu afgelopen met die flauwekul? Allemaal leuk en aardig om de ontwikkeling van de productie van zwavelzuur door de eeuwen heen te bekijken maar ik wil nu produceren met technieken en know-how van nu. En tegenwoordig produceren we zwavelzuur met het contactproces.
Nou ja, je hebt in ieder geval gezien hoe je een proces kunt verbeteren. Alle verbeteringen waren bedoeld om goedkoper en met een hogere opbrengst te produceren. Door de lagere uitstoot waren er minder grondstoffen nodig waardoor de productie goedkoper werd. Bijkomend voordeel is dat het ook beter is voor het milieu. Geconcentreerder product is niet alleen efficiënter in de productie maar ook in de opslag. Daarnaast kan het product nu ook gebruikt worden voor doeleinden waarbij een hoge concentratie nodig is. Dat levert allemaal geld op. Net als het reduceren van de transportkosten. Van dit laatste is het volgende een goed voorbeeld.
In de buitenlucht wordt deze reactie gekatalyseerd door metaalionen die in de muren van gebouwen aanwezig zijn. In de reactor wordt als katalysator vanadium(V)oxide gebruikt. Een mengsel van lucht en zwaveldioxide wordt bij 280°C over de katalysator geleid.
Noteer in je labjournaal twee oorzaken waardoor de reactie in de reactor sneller gaat dan in de buitenlucht.
Niet al het zwaveldioxide en zuurstof wordt in de reactor omgezet. Hierdoor ontstaat een mengsel van deze twee stoffen met zwaveltrioxide. Dit mengsel wordt gekoeld tot 100 °C en naar een tweede reactor geleid. In deze tweede reactor wordt voortdurend zwavelzuur geleid. Het zwaveltrioxide reageert dan met het zwavelzuur tot oleum.
Noteer de reactievergelijking van deze omzetting in je labjournaal.
Dat is wat ik in de lade van een minder antiek bureau heb gevonden. Dus wat mij betreft doen we het zo.
Leg in je labjournaal uit of de bereiding van zwavelzuur via het contactproces een batch- of continuproces is.
5.6 De opbrengst
Beantwoord de volgende vragen in je labjournaal. Maak bij het beantwoorden gebruik van het onderstaande filmfragment.
- Welke vier toepassingen van zwavelzuur worden in het filmpje genoemd?
- Hoeveel zwavelzuur wordt er in de fabriek van Hays Chemicals in St. Helens geproduceerd?
- Waar komt de zwavel die in de fabriek gebruikt wordt, uit?
- Waarom zou de zwavel uit die bron gehaald worden? (maak bij het beantwoorden van deze vraag eventueel ook gebruik van internet)
- Welk ander product levert deze fabriek?
- Leg stapsgewijs uit hoe dit tweede product wordt geproduceerd?
Produceren via het contactproces is een mooie efficiënte manier. Laten we het zo maar doen. Levert het ons ook nog energie op.
Vraag aan je docent of PAL of je de concentratie van het geproduceerde zwavelzuur moet controleren. Het gaat hier om een practicum waarbij je gaat titreren.
5.7 Reflectie
- Benoem nog eens de eigenschappen van een batchproces en een continuproces, beperk je tot chemische industriële processen.
- Geef van beide typen een aantal voor- en nadelen.
- In welke gevallen zou je gebruik maken van een batchproces en in welke van een continuproces?
- Bespreek je bevindingen met een medeleerling en verwerk elkaars commentaar en aanvullingen.
Doe dit allemaal in je labjournaal.
Tap een bekertje water en zie hoe we verder gaan. Of spoel door als je daar meer behoefte aan hebt.
6. Natronloog productieruimte
Je bent in de Natronloog Productieruimte aangekomen.
Klik op de afbeelding om de inleiding op de Natronloog Productieruimte te bekijken.
Benodigde Voorkennis en Leerdoelen
De benodigde voorkennis en leerdoelen behoren bij de Natronloog en Zoutzuur Productieruimte.
Voordat je aan deze ruimten begint...
weet je:
de principes achter redoxreacties, electrochemische cellen en elektrolyses
kun je:
halfreacties opstellen bij een beschreven proces
bepalen of een redoxreactie verloopt of niet
chemisch rekenen
is het handig om te weten:
wat een anode en een kathode is
wat een amalgaam is
Wat ga je in deze ruimten leren?
je inzicht vergroten in redoxprocessen: een aantal begrippen uit de redox-theorie toepassen, en met behulp van een tabel met halfreacties uitspraken doen over toepassingen van redoxreacties.
je bent in staat om twee productiemethoden te vergelijken op aspecten van duurzaamheid
je bent in staat om van een gegeven proces het rendement, de atoomeconomie en de E-factor te berekenen
Ga bij jezelf na of je de voorkennis beheerst.
Schrijf eventuele onzekerheden/onduidelijkheden op in je labjournaal in de vorm van vragen.
Natronloog wordt nooit als hoofdproduct geproduceerd, het is een bijproduct bij de fabricage van chloorgas.
Desalniettemin is het een heel handig product: het wordt veel gebruikt voor de fabricage van zeep, kleurstoffen, kunstvezels, de bewerking van katoen, reiniging van vettige substanties, productie van gedemineraliseerd water, om maar iets te noemen. Verder is het een bestanddeel van gootsteenontstopper, ontharingsmiddelen en haarontkrullers, en wordt het in de voedingsmiddelenindustrie als zuurteregelaar gebruikt (E524).
Maar goed, genoeg gepraat. Ik ben van de week op bezoek geweest bij een fabriek in Engeland en had een verborgen camera mee. Die Engelsen produceren natronloog met behulp van de kwikmethode.
Ik wil dat je het filmmateriaal gaat bekijken en alle relevante informatie eruit haalt, zodat we hier in de Virtuele Fabriek ook een productielijn kunnen gaan opzetten.
Halber Fritz zal je helpen.
Bekijk het eerste stukje van de filmopnamen. Hierin wordt duidelijk gemaakt:
waar de producten voor gebruikt worden,
welke twee factoren de locatie van de fabriek gunstig maken,
welke halfreacties precies plaatsvinden,
wat een uitdaging is bij de bouw van de elektrolysecel,
welke twee productiemethoden worden gebruikt.
Maak in je labjournaal aan de hand van bovenstaande punten een samenvatting van het filmpje.
In het filmpje wordt gesproken van kathode en anode. Dit zijn prachtige begrippen en verdienen het om wat langer bij stil te staan.
Een kathode is de pool/elektrode waar de reductie-halfreactie plaats vindt. Let op: dit is dus de pool/elektrode waar de oxidator reageert; die wordt gereduceerd. Een anode is de pool/elektrode waar de oxidatie-halfreactie plaats vindt, dus daar reageert de reductor; die wordt geoxideerd.
Een oxidator wordt in een reductie-reactie gereduceerd en wordt dan een reductor. De halfreactie van een oxidator noemen we een reductie.
Een reductor wordt in een oxidatie-reactie geoxideerd en wordt dan een oxidator. De halfreactie van een reductor noemen we een een oxidatie.
Best verwarrend hè. Lees het nog maar een paar keer, tot je de schoonheid ervan inziet.
Een kathode kan een min-pool zijn, maar ook een plus-pool, afhankelijk van wat de situatie is. In een elektrolyse is de kathode altijd de minpool: daar waar de oxidator wordt gereduceerd. In een elektrochemische cel is de kathode juist de pluspool. De anode, de plek waar de reductor wordt geoxideerd, is in een elektrolyse-opstelling de pluspool, en in een elektrochemische cel de minpool.
In het tweede stukje van de filmopnamen wordt duidelijk gemaakt:
hoe het productieproces precies in elkaar steekt: het blokschema,
wat de productiegegevens zijn (hoeveel elektrolysecellen, welke opbrengst, de benodigde stroom).
Bekijk het tweede stukje van de filmopnamen en maak in je labjournaal aan de hand van bovenstaande punten een samenvatting van het filmpje, door een compleet blokschema te tekenen en daaronder de productiegegevens te zetten.
Ik heb hier al een start met het blokschema gemaakt; die kun je als basis gebruiken en verder af tekenen (bijv. in Paint, of uitprinten en met pen aftekenen en er dan een foto van maken die je in je labjournaal weer terug zet). Er ontbreken alleen nog pijlen en stofstromen.
Controle van de opbrengst
Heb je de productiegegevens goed genoteerd? Ik wil namelijk dat je daarmee berekent of de chloorgas opbrengst die ze beweren te halen, klopt met de stroomsterkte die ze zeggen te gebruiken.
Maak die controle-berekening in je labjournaal. Behalve de gegevens die je al hebt genoteerd in je labjournaal, heb je nog het volgende gegeven nodig: per mol elektronen wordt 9,64853 × 104 Coulomb lading getransporteerd.
Feedback:
Reken de stroomsterkte om naar hoeveelheid lading in Coulomb en dan naar hoeveelheid elektronen. Via de halfreactie kun je de hoeveelheid chloorgas berekenen (molverhouding). Als je het goed hebt gedaan, kom je uit op 0,26 ton.
Berekening rendement
Goed, de opbrengst zelf zegt natuurlijk nog niets over het rendement van het hele proces. En als het rendement laag is, levert het me veel te weinig op.
Ik ben erachter gekomen dat door de hele installatie 2,7 ton pekel per uur stroomt. Ik ben erg benieuwd naar het rendement. Ik kan niet wachten tot je me dat kunt vertellen.
Het rendement van een proces bereken je met de volgende formule:
Rendement = (Werkelijke Opbrengst : Theoretische Opbrengst) X 100%
Uitgaande van hoeveel NaCl er in een verzadigde oplossing zit
en de 0,26 ton per uur opbrengst aan Cl2
kun je dat voor ons berekenen.
Ga daar maar even op puzzelen in je labjournaal.
Feedback:
Het is handig als je uitgaat van de totale reactie vanaf NaCl, want dan kun je de molverhouding tussen Cl2, de stof waarvan je de opbrengst weet, en de uitgangsstof, NaCl, bepalen.
Daarnaast kun je de oplosbaarheid van NaCl in water omrekenen naar massa%, zodat je kunt berekenen hoeveel ton NaCl er in 2,7 ton pekelwater zit.
6.2 Vervolg overzicht productiemethodes
De Membraan-methode
In het derde stukje van de filmopnamen wordt de membraanmethode uitgelegd. Ze gebruiken hier geen NaCl maar KCl, waardoor er geen natronloog maar kaliloog wordt geproduceerd.
Bekijk nu het derde en laatste stukje van de filmopnamen en maak in je labjournaal een samenvatting van de membraanmethode, door de elektrolyse-opstelling te tekenen, maar dan voor het produceren van natronloog (en niet kaliloog!).
Bedenk dus bij het bekijken van het filmpje wat er anders moet om natronloog te kunnen krijgen.
En let op: die Britten zijn een beetje vreemd, want zij zetten rustig KCl neer, terwijl het om een oplossing gaat en er dan helemaal geen vast KCl aanwezig is!
Maak je tekening bijv. in Paint, of doe het op papier en maak er dan een foto van die je in je labjournaal weer terug zet.
De PAL-student zal feedback geven in je labjournaal.
6.3 Duurzaam?
Hoe duurzaam is de productie van loog?
Prof. Vitriool en Ir. Houtgeest hebben het nog niet helemaal in de gaten, maar ik ben me erg aan het verdiepen in Groene Chemie ofwel Duurzame Chemie. Hierbij beoordeel je productie-processen op hun "groenheid". Dat wil zeggen dat je kijkt naar hoe je een productieproces zo efficiënt mogelijk kunt maken, zodat er zo min mogelijk (gevaarlijk) afval wordt geproduceerd. Welk proces is duurzamer/groener: de kwik-methode of de membraanmethode?
Ik heb mijn idool prof. Martyn Poliakoff hierover gehoord en dit is wat hij zei.
Prof. Martyn Poliakoff had het over een "set of principles".
Ik zal je vertellen aan welke twaalf principes Groene Chemie voldoet:
Ik ben er ook nog geen expert in, maar ik ben benieuwd hoe jij de twaalf principes beoordeelt.
Ik wil dat je de twee verschillende productiemethoden voor natronloog, de kwik-methode en de membraanmethode, vergelijkt op Duurzaamheid.
Maak een tabel in je labjournaal met in de eerste kolom alle twaalf principes, en in de tweede kolom schrijf je je oordeel (met argumenten!) over elk van de twaalf principes over de kwik-methode en in de derde kolom je oordeel over de membraanmethode.
Kon je over elk van de twaalf principes iets zinnigs zeggen? Als je van een of meer van de prinipes nog niet goed begrijpt wat het inhoudt, schrijf ze dan in je labjournaal op, samen met wat je er niet van begrijpt.
6.4 Reflectie
Terugblik
In het kort komt Groene Chemie ofwel Duurzame Chemie neer op wat in onderstaande tabel samengevat staat.
Klik op de olijven om afscheid te nemen van de Natronloog Productieruimte.
De reflectie-opdracht komt pas na de Zoutzuur Productieruimte.
Ik heb verder niets meer te zeggen. Ga naar de 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:
Natriumchloride oplossen in water;
Via elektrolyse productie van H2 en Cl2;
Uit de gassen uit stap 2 wordt HCl gemaakt;
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:
Atoomeconomie
Rendement
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.
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.
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?
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?
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%.
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.
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?
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?
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?
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.
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.
D-toets 2
Je hebt nu alle productieruimten doorlopen en van alle eindproducten een flesje in je rugzak gekregen. Waar zou Halber Fritz het toch voor bedoelen?
Maak D-toets 2. Deze staat links in beeld onder het kopje 'Opdrachten en Toetsen'.
Je bent bij de Lift aangekomen om naar verdieping -2 te gaan. Klik op de wegwijzer voor het vervolg.
8. Controlekamer
Na de D-Toets bij de Lift op -2
Je bent nog in de buurt van de Lift op Verdieping -2.
Klik op de wegwijzer voor het vervolg.
Je hebt nu eindelijk de Controlekamer bereikt!
Klik op het stopcontact om je binnenkomst in de Controlekamer te bekijken.
8.1 Bij de lift op -2
Je bent weer bij de Lift aangekomen.
Klik op de afbeelding voor het vervolg.
8.2 Inleiding in flowchemie
Wat is Flowchemie?
Ik wil je helpen om te kunnen werken aan het speciale flowchemie webexperiment.
Daarvoor moet je je er eerst wat meer in verdiepen. Doe dat door onderstaande informatie zorgvuldig te lezen en vervolgens de bijbehorende vragen te beantwoorden.
Flowchemie
In de bulkchemie worden producten gemaakt op grote schaal, zoals de producten die de Virtuele Fabriek ook maakt.
Veel syntheses uit de bulkchemie worden al via een continu proces gedaan.
In de fijnchemie, waar gespecialiseerde producten op kleinere schaal worden geproduceerd (bijv. de productie van geneesmiddelen), wordt veelal nog gewerkt met batchprocessen. De opkomst en ontwikkeling van microreactoren biedt voor de fijnchemie kansen om over te stappen naar flowchemie, wat tegelijkertijd een duurzamere manier van produceren oplevert.
Bij Flowchemie worden dus microreactoren ingezet.
In de afbeelding hiernaast zie je een voorbeeld van een microreactor, ontwikkeld door het bedrijf FutureChemistry. De hele reactor is ongeveer 5 cm lang, gemaakt van glas, met daarin kleine kanaaltjes, zo dik als een haar. In die kanaaltjes kunnen oplossingen met chemicalien worden gepompt (via de "Inlets"), en waar de oplossingen elkaar tegen komen en verder gaan als één vloeistofstroom, kunnen ze met elkaar reageren.
In onderstaand filmpje bespreekt Prof. Dr. Andreas Kirschning van de Leibniz Universiteit in Hannover de voordelen van flowchemie en zijn visie op de toekomst van flowchemie. Het filmpje is gemaakt om een wetenschappelijk tijdschrift onder de aandacht te brengen met recente ontwikkelingen in flowchemie.
Je moet ook een drietal vragen beantwoorden over het filmpje. Die staan hieronder. Lees voordat je naar het filmpje gaat kijken eerst even de vragen door.
Beantwoord in je labjournaal de volgende vragen over het filmpje:
Op welke drie gebieden van chemische synthese heeft flowchemie nu al invloed/voordelen? Vermeld de specifieke voordelen ten opzichte van batchchemie.
In bepaalde opzichten lijkt flowchemie meer op processen in de natuur dan batchchemie. Beschrijf hoe flowchemie een natuurlijke wijze van produceren nabootst.
Sommigen beweren dat flowchemie slechts een hype zal zijn, wat denk jij? Beargumenteer je antwoord.
Wellicht heb je moeite met het Engels in het filmpje.
Zorg dat je dan samen met medeleerlingen het filmpje bestudeert. Als je er samen nog niet uit komt, schrijf dan de woorden en/of zinnen die je niet begrijpt, maar die je wel van belang acht om de drie vragen te beantwoorden op in je labjournaal en vraag het je docent of aan mij.
8.3 Inleidend flowexperiment
Reacties in een stromende oplossing, zoals bij flowchemie het geval is, verlopen anders dan in een batchopstelling.
Het lijkt aantrekkelijk om de snelheid van de vloeistofstromen zo hoog mogelijk te houden, want tijd is geld!
Maar je moet er rekening mee houden dat de verschillende vloeistofstromen genoeg tijd moeten krijgen om goed met elkaar te mengen, zodat de reactie volledig kan verlopen.
In het filmpje dat je hier kan vinden, zie je drie, overigens niet mengbare, vloeistoffen en wat er gebeurt als je de stroomsnelheid van de verschillende vloeistoffen varieert, door een grotere tegendruk aan te brengen op één of meer van de stromen ("0" is geen extra tegendruk, "4" is extra tegendruk). Wat gebeurt er met sneller stromende vloeistoffen t.o.v. langzamer stromende vloeistoffen?
Noteer je antwoord in je labjournaal.
In het filmpje dat je hier kan vinden, zie je dat als twee wel mengbare oplossingen worden gemengd, ze niet gelijk door en door zijn gemengd, wat invloed heeft op het verloop van een reactie.
Wat zou je moeten zien als de vloeistoffen volledig gemengd zouden zijn?
Noteer je antwoord in je labjournaal.
Activiteit
Om inzicht te krijgen in wat er komt kijken bij flowchemie, gaan jullie het volgende experiment doen:
je gaat bekijken hoe de reactie tussen natronloog en zoutzuur verloopt in een zelfgemaakte flowchemie opstelling, zoals in de afbeelding hiernaast te zien is.
je gaat daarbij onderzoeken hoe variatie in flowsnelheid het verloop van de reactie beïnvloedt.
Hieronder volgt een globale omschrijving van de werkwijze. Gedetailleerdere informatie over de werkwijze vind je in de bijbehorende handleiding.
In het kort: de flowchemie-opstelling maak je m.b.v. gelatineblaadjes en een kunststof bordje waarop je een Y-vormig profiel hebt geplakt. Hiermee maak je een gelei met een Y-vormig flowkanaal, zoals in de afbeelding.
De gelei plaats je op een aluminium ondergrond en in het uiteinde van de twee korte armen en de lange arm van de Y maak je gaatjes, zodat er vloeistof in en uit kan. Vooraf plaats je in het stuk van het Y-vormige kanaal, waarin beide vloeistofstromen samenkomen, stukjes pH-indicatorpapier.
Met behulp van twee pipetjes laat je in de ene korte arm van de Y natronloog stromen, en in de andere korte arm zoutzuur. Aan de hand van de kleuren van het indicatorpapier is te zien in hoeverre de reactie verloopt.
je werkt in tweetallen
elk tweetal maakt twee flowopstellingen
elk tweetal test eenzelfde standaardconditie (zie de handleiding)
elk tweetal test 1 variatie (zie de handleiding)
je maakt foto's van je resultaten en bespreekt de gevonden resultaten in je labjournaal
elk tweetal krijgt via de docent of PALstudent het resultaat van een ander tweetal en moet achterhalen uit de resultaten wat de variatie was.
Bestudeer nu de handleiding bij het experiment.
Maak met je docent afspraken over wanneer je het experiment dient uit te voeren, met wie en welke variatie jullie moeten doen.
Voer het experiment uit.
Bespreek in je labjournaal de gevonden resultaten als volgt:
Resultaten:
• je noemt welke variaties je hebt getest
• je beschrijft met behulp van je genomen foto's kort en bondig maar nauwkeurig wat je waargenomen hebt bij de standaardconditie en de geteste variatie. Discussie:
• je noemt de onderzoeksvraag (vanuit de onderzoeksvraag ga je de discussie over de resultaten voeren)
• je analyseert nauwkeurig de resultaten, dat wil zeggen dat je vanuit de resultaten gaat beredeneren wat de juiste conclusie op de onderzoeksvraag is (benodigde reactievergelijkingen van opgetreden reacties altijd vermelden!)
• je beredeneert welke verbeteringen aangebracht kunnen worden aan de flowopstelling.
• je geeft suggesties voor vervolgonderzoek. Conclusie:
• in één zin beantwoord je de onderzoeksvraag.
Feedback:
Ik lees je analyse van de gevonden resulaten graag in je labjournaal.
Ik ben benieuwd om van je te lezen hoe goed de reactie is verlopen bij de standaardcondities en de geteste variaties
en hoor graag van je welke verbeteringen aan de flowopstelling zouden bijdragen aan een beter verloop van de reactie.
Als ik je analyse gelezen heb, krijg je van mij of van de PALstudent de resultaten van andere medestagiairs. Ik wil dat je deze in je labjournaal zet en analyseert welke variatie deze medestagiairs hebben getest.
8.4 Het webexperiment methyloranje
De online synthese van methyloranje
Na de inleiding en het zelf doen van een flowexperiment hoop ik dat je je bewuster bent geworden van de uitdagingen van flowchemie.
Ik heb begrepen van Ir. Houtgeest dat zij het toch wel mist, dat prof. Vitriool en Halber Fritz er niet meer zijn om haar te overtuigen van de schoonheid achter de chemie of het belang van duurzaam produceren, en ze wil graag dat jij hun werk aan flowchemie voortzet.
Ir. Houtgeest wil weten hoe de flowsnelheid van de reactanten precies van invloed is op het rendement van een synthese.
Nu is er een bijzondere manier om hier onderzoek aan te doen. De Vrije Universiteit van Amsterdam heeft in samenwerking met het bedrijf FutureChemistry een online webexperiment opgezet, waar je onderzoek aan kunt doen.
Inlezen in het online onderzoek
Het gaat bij het webexperiment om de synthese van methyloranje, een stof, waarvan je de naam wellicht herkent: het is een zuurbase-indicator.
Met behulp van enkele van de producten die jij in je rugzak hebt en de chemicalien uit het pakketje van Halber:
wordt vanuit het kleurloze sulfanylzuur het oranje methyloranje gesynthetiseerd. Door die mooie oranje kleur is de opbrengst goed te meten met behulp van een spectrometer.
Bestudeer de handleiding (manual) om je goed in te lezen in het webexperiment.
Voorbereiding op het online onderzoek
Voordat je daadwerkelijk online je onderzoek mag uitvoeren, moet je met behulp van de handleiding een helder onderzoeksplan opstellen in je labjournaal, waarin je de volgende vragen beantwoordt:
Wat zijn de reactiestappen in de synthese van methyloranje? Geef de reactievergelijkingen.
Geef een overzicht van de experimentele opzet van het webexperiment.
Welke variabelen zijn er en wat is het experimentele bereik van de variabelen?
Afhankelijke variabelen: welke variabele(n) ga je meten? Leg uit waarom.
Onafhankelijke variabelen: welke variabele(n) ga je veranderen? Leg uit waarom.
Constante variabelen: welke variabele(n) houd je constant in het experiment? Leg uit waarom.
Tot op welke nauwkeurigheid kun je de variabelen instellen en de meetwaarde aflezen?
Zijn herhaalde bepalingen (in duplo, in triplo) nodig? Leg uit.
Welke reagentia worden precies gebruikt? Maak een lijst.
Hypothese: welke resultaten verwacht je? Beargumenteer op basis waarvan je die verwachtingen hebt.
Controleer als laatste of je onderzoeksplan daadwerkelijk een antwoord zal bieden op de gestelde onderzoeksvraag: leg uit hoe de te meten resultaten leiden tot het antwoord op de onderzoeksvraag.
Feedback:
Laat je docent je onderzoeksplan controleren. Pas als je van je docent goedkeuring hebt, mag je je onderzoek daadwerkelijk gaan uitvoeren.
8.5 Vervolg wegexperiment methyloranje
Heeft je Docent je onderzoeksplan helemaal goedgekeurd? Zo nee, moet je dat eerst laten doen. Zo ja, dan kan het experiment beginnen!
Reserveren
Je dient voor je onderzoek een uur experimenteertijd te reserveren bij een meetopstelling op de VU. Overleg hierover met je docent. In de handleiding op deze website staat hoe dat precies in z'n werk gaat.
Noteer in je labjournaal de datum en tijd die je hebt gereserveerd. Vergeet die tijd niet! Er zijn een heleboel anderen die ook graag onderzoek willen doen aan het webexperiment en het is vervelend als het experiment onnodig niet beschikbaar is.
Uitvoering
Bereid je onderzoek met behulp van de handleiding goed voor, zodat je precies weet hoe alles werkt, voordat je begint. Stel eventuele vragen tijdig aan je Docent/PALstudent.
Vergeet niet dat de laatste 5 minuten van het uur gebruikt worden voor het reinigen van het systeem. Je kunt dan niet meer meten!
Houd tijdens de uitvoering van je online onderzoek in je labjournaal het volgende logboek bij:
Vergeet niet relevante gegevens tijdig op te slaan (meetgegevens voor diagram en snapshot(s) van reactor en eindproduct).
Analyse van de Resultaten
Schrijf in je labjournaal een rapport van je resultaten van het webexperiment.
Doe dit als volgt:
Gevolgde Methode:
• geef aan de hand van je bijgehouden logboek een samenvatting van de procedure van je experiment (relevante instellingen, tijden, etc.) Resultaten:
• je vermeldt alle wijzigingen ten opzichte van je oorspronkelijke onderzoeksplan. (Wat ging volgens plan, wat niet en hoe heb je dat opgelost/aangepast. Duurde elke stap zo lang als je had verwacht of bleek dit anders te zijn?)
• je beschrijft kort en bondig maar nauwkeurig wat je waargenomen/gemeten hebt.
• je maakt waar mogelijk een tabel van je resultaten en als dat van toepassing is, geef je je resultaten ook in een diagram/grafiek weer. Discussie:
• je analyseert nauwkeurig de resultaten, dat wil zeggen dat je vanuit de resultaten gaat beredeneren wat de juiste conclusies zijn (benodigde berekeningen en reactievergelijkingen van opgetreden reacties altijd vermelden!)
• komen de resultaten overeen met je hypothese? Bespreek eventuele verschillen. (Je hypothese was ergens op gebaseerd: gelden die aannames nog steeds?)
• je geeft aan wat beter zou kunnen in de gebruikte proefopzet.
• je geeft suggesties voor vervolgonderzoek. Conclusie:
• in één zin beantwoord je elke deel-onderzoeksvraag.
8.6 Reflectie
Vermeld in je labjournaal de 7 belangrijkste dingen, die je geleerd hebt op Verdieping -2 (zowel opgedane kennis als vaardigheden). Rangschik de geleerde dingen van "meest leuk om te leren" naar "minst leuk om te leren". Geef van de meest leuke en van de minst leuke aan, wat dat nou het meest/minst leuke maakte om te leren.
Ik lees je reflectie-opdracht graag in je labjournaal.
Epiloog
Nu je deze stage helemaal hebt gedaan, ben je volledig klaargestoomd om getoetst te worden over het onderwerp Chemische Industrie.
De niet-virtuele versie van mij zal je precies vertellen wanneer je de toets moet maken met alle andere relevante details.
Klik op de rookpluim uit de Virtuele Fabriek voor de afsluitende scene.
P.S. Als je nog een geheim tussen Halber Fritz, prof. Vitriool en ir. Houtgeest wilt ontrafelen, tik dan in Google de tekst in die op Halber's ketting staat, samen met het woord 'ester'. Zoek dan gelijk ook even op wat 'vitriool' eigenlijk betekent en 'houtgeest'. Ik had het niet gedacht, jij?
Over deze module
Documenten
Docentenhandleidingen en toetsen zijn voor docenten verkrijgbaar via de bètasteunpunten: zie colofon.
Deze e-klas is ontwikkeld binnen het Innovatie Impuls Onderzoek project E-klas en PAL-student.
De e-klas is geschreven door:
Herbert van de Voort (Vechtstede College Weesp) en Ria Kraakman-van der Zwet (Cartesius Lyceum Amsterdam).
HO expertise, technische ondersteuning, lay-out en redactie:
Hanna Westbroek, vakdidactica aan het Onderwijscentrum van de VU Amsterdam, en De Praktijk, Amsterdam
De Flash-animaties en de tekeningen van de personages en fabrieksruimten zijn tot stand gekomen mede met hulp van de volgende Cartesius Lyceum leerlingen:
de 5V-informaticaleerlingen Rachid Bousbaaouafi, Koos Dechering, Jessica Fernhout, Imane al Gharib, Mees Fröberg, Mees Hoeksma, Ben James, Pier Jorritsma, Kadir Kayak, Ilija Trbojevic, Bob van Unen, Cas Verbeek, Bram Weijmer,
de 4H/V-informaticaleerlingen Barbara Boon, Hannah Burger, Prosper Deitch, Daan Disco, Ayman el Ghalbzouri, Betül Göktekin, Shahrokh Hassani, Otto Hauser, Rewie Kisoentewari, Allard Kool, Roos du Pree, Marina Rahim, Ischa Schrijver, Senna Snel, Jelle Spreij, Luca Taylor, Tristan Vooren, Robin Wijnands,
en hun informatica-docent Ron Klaver;
De Flash-animaties van de reactor in de Ammoniakruimte zijn ontwikkeld door Rob Ouwerkerk, Stedelijk Gymnasium Haarlem
Het inleidende FlowChemie Experiment in de Controlekamer is uitgewerkt samen met Marianne de Vroomen, TOA Cartesius Lyceum Amsterdam
De E-klas is voorgetest door Ivan Plantevin, PAL-student en oudleerling van het Cartesius Lyceum, ..., PAL-student voor het Vechtstede College, en Marieke Esch
de invulopdracht over GC op de pagina "Ethanol: Zuiverheidsanalyse met GC" is naar analogie van het CV behorend bij CE SCHK 2010-I Slechte Smaak opgave 6
de opdracht 'En nu GC-en maar!' op pagina "Ethanol: Vervolg Zuiverheidsanalyse met GC" is naar analogie van CE SCHK1,2 2009-II Absint opgaven 4 en 5
blokschema-opdracht op de pagina "Ethanol: Aan het werk met het fermentatieproces" gedeeltelijk naar analogie van CE SCHK1,2 2007-II EcoEthanolTM opgave 7
'Ammonia' van de video Industrial Chemistry for Schools and Colleges met dank aan en toestemming van de Royal Society of Chemistry - www.rsc.org/education
Salpeterzuur Productieruimte:
Achtergrondinformatie t.b.v. de opgaven:
Filmpjes:
'Nitric Acid' van de video Industrial Chemistry for Schools and Colleges met dank aan en toestemming van de Royal Society of Chemistry - www.rsc.org/education
Zwavelzuur Productieruimte:
Achtergrondinformatie t.b.v. de opgaven:
bij de uitleg met oefeningen en opgaven is gebruik gemaakt van oude eindexamenopgaven scheikunde en wikipedia
Lodenkamergravures: H. Ost, Lehrbuch der Technischen Chemie, Verlag von Robert Oppenheim, Berlin, 1890, p53 en p54. Copyright is verlopen. De auteur is in 1923 in Zürich overleden. (bron: Winfried R. Pötsch et al., Lexikon bedeutender Chemiker, VEB Bibliographisches Inst. Leipzig, 1988, p. 284)
Filmpjes:
'Sulfuric Acid' van de video Industrial Chemistry for Schools and Colleges met dank aan en toestemming van de Royal Society of Chemistry - www.rsc.org/education
om inzicht te krijgen in de vereiste eindtermen voor de Nieuwe Scheikunde over het onderwerp Groene Chemie is de door de VNCI (Vereniging van de Chemische Industrie) ontwikkelde module Groene Chemie bestudeerd: http://www.scheikundeinbedrijf.nl/Module/index.rails?id=6
'Chemicals from salt' van de video Industrial Chemistry for Schools and Colleges met dank aan en toestemming van de Royal Society of Chemistry - www.rsc.org/education
het inleidende flowchemie experiment is gebaseerd op het artikel 'Using Inexpensive Jell-O Chips for Hands-On Microfluidics Education' van Cheng Wei T. Yang, Eric Ouellet and Eric T. Lagally van de University of British Columbia in Canada (Analytical Chemistry, 2010, 82 (13), pp 5408–5414, zie: http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/ac902926x). Het experiment is een combinatie van Module II en Module III (zie originele artikel en de "supporting info” op de website).
voor het online flowchemie experiment is gebruik gemaakt van het webexperiment Methyloranje dat door het bedrijf FutureChemistry in samenwerking met de Vrije Universiteit Amsterdam is ontwikkeld. De voorbereidende onderzoeksplan-opdracht en de logboek-opdracht zijn gestroomlijnd met de bij het webexperiment behorende document 'inquiry plan' en 'record of your inquiry plan': http://www.chem.vu.nl/en/voor-het-vwo/scheikunde-experiment/index.asp
"Microfluidic Resistors [Folch Lab]" over de invloed flow-snelheid in flowchemie: http://youtu.be/tvdz5gHrOUY
"Droplet Merging and Mixing in a T junction", over mengeigenschappen in flowchemie: http://youtu.be/sLRpG-hzm9
Licentie:
Dit werk is onder de volgende Creative Commons licentie gepubliceerd.
Creative Commons Naamsvermelding-Niet-commercieel-Gelijk delen 2.5 Nederland Licentie. Aanvullende informatie vindt u op: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/nl/
De gebruiker mag:
het werk kopiëren, verspreiden en doorgeven
Remixen - afgeleide werken maken
Onder de volgende voorwaarden:
Naamsvermelding - De gebruiker dient bij het werk de door de maker of de licentiegever aangegeven naam te vermelden (maar niet zodanig dat de indruk gewekt wordt dat zij daarmee instemmen met uw werk of uw gebruik van het werk).
Niet-commercieel - De gebruiker mag het werk niet voor commerciële doeleinden gebruiken.
Gelijk delen - Indien de gebruiker het werk bewerkt kan het daaruit ontstane werk uitsluitend krachtens dezelfde licentie als de onderhavige licentie of een gelijksoortige licentie worden verspreid.
Met inachtneming van:
Het voorgaande laat de wettelijke beperkingen op de intellectuele eigendomsrechten onverlet.
De morele rechten van de auteur.
De rechten van anderen, op het werk zelf of op hoe het werk wordt gebruikt, zoals het portretrecht of privacyrecht.
Afstandname van rechten - De gebruiker mag afstand doen van een of meerdere van deze voorwaarden met voorafgaande toestemming van de rechthebbende.
Publiek domein - Indien het werk of een van de elementen in het werk zich in het publieke domein onder toepasselijke wetgeving bevinden, dan is die status op geen enkele wijze beïnvloed door de licentie.
Andere rechten - Onder geen beding worden volgende rechten door de licentieovereenkomst in het gedrang gebracht.
Let op - Bij hergebruik of verspreiding dient de gebruiker de licentievoorwaarden van dit werk kenbaar te maken aan derden. De beste manier om dit te doen is door middel van een link naar deze webpagina.
Het arrangement E-klas De virtuele fabriek 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
2015-05-07 10:43:07
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.
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
(Scheikunde 6 VWO) In deze module ga je ervaringen opdoen in de Virtuele Fabriek.
Je krijgt op deze manier inzicht in wat er allemaal komt kijken bij verschillende belangrijke productieprocessen in de chemische industrie.
(Scheikunde 6 VWO) In deze module ga je ervaringen opdoen in de Virtuele Fabriek.
Je krijgt op deze manier inzicht in wat er allemaal komt kijken bij verschillende belangrijke productieprocessen in de chemische industrie.
In deze module ga je ervaringen opdoen in de Virtuele Fabriek.
Je krijgt op deze manier inzicht in wat er allemaal komt kijken bij verschillende belangrijke productieprocessen in de chemische industrie.
Een labjournaal is heel belangrijk als je in de Virtuele Fabriek werkt. Trouwens, niet alleen in de Virtuele Fabriek. In elk laboratorium en in elke fabriek wordt gebruik gemaakt van labjournaals. Elke medewerker heeft een labjournaal.
Voor je docent is je labjournaal ook een belangrijk communicatiemiddel.
Ook kun je met je labjournaal de hulp inroepen van een PAL-student, die tegelijkertijd stage loopt in de Virtuele Fabriek.
Download nu het labjournaal-document dat bij deze e-klas hoort.
In het volgende filmpje is kort te zien hoe dit blokschema vanuit de tekst is opgesteld.
Je bent aangekomen in de Ethanol Productieruimte.
How Ethanol Is Made Animated Feature - YouTube.flv
Heb je je aanbeveling netjes geformuleerd? Het zijn wel de bazen van de fabriek waar je het voor schrijft, dus pas je taalgebruik daaraan aan.
1,2-Epoxypropaan is interessant spul. Het wordt gebruikt als raceauto-brandstof, brandstof voor modelvliegtuigjes, maar ook om rauwe amandelen of pistachenoten te ontdoen van eventuele infecties met Salmonella.
additie (101),
OK, klaar met oefenen? Dan nu het echte werk.
Klik op het schilderij in onderstaand plaatje om de inleiding op de ammoniak productieruimte te zien.
Vergelijk het blokschema dat je van de ammoniakproductie hebt gemaakt met het overeenkomstige deel in je samenvatting van het filmfragment. In beiden wordt een deel van het totale productieproces van ammoniak 
Het hergebruik van de uitgangsstoffen betekent een hoger rendement van mijn reactie en dat is mooi.
Je bent in de Natronloog Productieruimte aangekomen.
Controle van de opbrengst
Je bent aangekomen in de Zoutzuur Productieruimte.
Terugblik
De opkomst en ontwikkeling van microreactoren biedt voor de fijnchemie kansen om over te stappen naar flowchemie, wat tegelijkertijd een duurzamere manier van produceren oplevert.
Om inzicht te krijgen in wat er komt kijken bij flowchemie, gaan jullie het volgende experiment doen:
Het gaat bij het webexperiment om de synthese van methyloranje, een stof, waarvan je de naam wellicht herkent: het is een zuurbase-indicator.
het werk kopiëren, verspreiden en doorgeven
Remixen - afgeleide werken maken
Naamsvermelding - De gebruiker dient bij het werk de door de maker of de licentiegever aangegeven naam te vermelden (maar niet zodanig dat de indruk gewekt wordt dat zij daarmee instemmen met uw werk of uw gebruik van het werk).
Niet-commercieel - De gebruiker mag het werk niet voor commerciële doeleinden gebruiken.
Gelijk delen - Indien de gebruiker het werk bewerkt kan het daaruit ontstane werk uitsluitend krachtens dezelfde licentie als de onderhavige licentie of een gelijksoortige licentie worden verspreid.
