1 Het huidige hoogovenproces voor de productie van ruwijzer is vies en omslachtig. Er komt
2 cokes aan te pas. Die wordt gemaakt door steenkool te verhitten, waarbij vluchtige
3 componenten zoals teer en benzeen eruit worden gehaald. Van het ijzererts worden bolletjes
4 - pellets - gemaakt, die een warmtebehandeling krijgen om ze compacter te maken.
5 Daarna gaan de cokes en de ijzerertspellets netjes gestapeld de oven in. Onder in de oven
6 wordt lucht geblazen waarmee de cokes wordt verbrand. He koolstofmono-oxidegas dat
7 daarbij wordt gevormd, kan gemakkelijk door het poreuze cokes omhoog en reduceert
8 daarbij het ijzererts (ijzeroxide) tot ruwijzer. Dit kan in vloeibare vorm beneden worden
9 afgetapt.
10 Het huidige hoogovenproces vereist een aantal grote gescheiden fabrieken, ondermeer voor
11 de productie van cokes en de voorbehandeling van ijzererts. Bovendien komen bij de
12 cokesproductie allerlei vieze stofen vrij.
Het bovenstaande tekstfragment handelt over de productie van ruwijzer met behulp van het huidige hoogpovenproces.
In het onderstaande blokshema is dit productieproces weergeven.
In het schema zijn de namen van een deel van de stoffen weergegeven met de letter A, B, C, D, E en F.
Koelmiddel
havo examen scheikunde 2002 1e tijdvak aangepast.
Tegenwoordig wordt in koelinstallaties vaak gebruik gemaakt van HFK's.
Dit zijn verbindingen van waterstof, fluor en koolstof.
Een veel gebruikt koelmiddel is HFK-134a.
HFK-134a (CH2F-CF3) is een verbinding met de volgende structuurformule:
Bij de productie van HFK-134a is etheen een beginstof.
De productie gebeurt in drie stappen die hieronder in een blokschema zijn weergegeven.
Er is en methode ontwikkeld voor de recycling van de grote hoeveelhrid HCl die bij de productie van HFK-134a ontstaat.
Bij deze methode wordt door middel van elektrolyse het gas HCL omgezet in H2 en Cl2.
Al het chloorgas en een deel van het waterstofgas wordt opnieuw gebruikt voor de productie van HFK-134a, de rest van het waterstofgas wordt afgevoerd.
Het blokschema van de productie van HFK-134a kan worden uitgebreid met de stofstromen die ontstaan doordat het proces wordt uigebreid met de elektrolyse van het geproduceerde HCl gas.
Hieronder is het het uitgebeide blokchema getekend.
14.2 Van chlooretheen tot regenpijp
Twaron
havo-examen 2015 1e tijdvak
Twaron®
Twaron is een zeer hoogwaardige kunstvezel. Het is supersterk, slijtvast en bovendien bestand tegen relatief hoge temperaturen. Deze ‘supervezel’ kent dan ook vele toepassingen, bijvoorbeeld in touwen en (hijs)kabels, in
kogelvrije vesten en in composieten.
Twaron wordt geproduceerd door het Nederlandse bedrijf Teijin Aramid. De productie bestaat uit twee continu processen:
1 Het polymerisatieproces waarbij uit de monomeren PPD en TDC het copolymeer PPTA wordt gevormd.
2 Het spinnen van de Twaron-vezels uit PPTA.
De structuurformules van TDC en PPTA zijn hieronder weergegeven:
Het polymerisatieproces tot PPTA
Hieronder is het polymerisatieproces vereenvoudigd weergegeven.
In ruimte I worden de monomeren PPD en TDC, via condensatiepolymerisatie, omgezet tot het copolymeer PPTA. Deze reactie vindt plaats in het watervrije oplosmiddel NMP.
Uit de structuurformules van TDC en van PPTA en uit blokschema 1 kan de structuurformule van PPD worden afgeleid.
In ruimte II wordt de gevormde vaste stof PPTA gewassen en gescheiden van de vloeistofstroom. De vloeistofstroom die ruimte II verlaat, bevat zoutzuur. Deze vloeistofstroom wordt op pH 7 gebracht door de toevoer
van stof X in ruimte III. Hierdoor treedt in ruimte III een zuur-basereactie op. Stof X is een calciumzout. Het oplosmiddel NMP reageert niet.
Bij Teijin Aramid wordt per jaar 2,2·104 ton PPTA geproduceerd.
Het spinnen van de Twaron-vezels uit PPTA In blokschema 2 is het spinproces vereenvoudigd weergegeven.
In ruimte IV wordt PPTA opgelost in zuiver zwavelzuur. In ruimte V wordt de oplossing van PPTA in zwavelzuur geëxtrudeerd tot Twaron-vezels.
Gedurende het extrusieproces oriënteren de PPTA moleculen zich evenwijdig aan elkaar, in de richting van de vloeistofstroom. Daardoor vormen de C = O en N-H groepen in de PPTA moleculen onderling sterke waterstofbruggen.
Met name deze bindingen geven Twaron zijn bijzondere mechanische eigenschappen. Behalve de waterstofbruggen zijn er nog twee andere bindingstypen aanwezig in Twaron.
Twaron heeft geen smeltpunt of smelttraject maar het ontleedt bij 450 oC. Op grond van deze eigenschap zou Twaron niet tot de thermoplasten kunnen worden gerekend.
Toch zijn in deze opgave ook gegevens en/of eigenschappen genoemd op grond waarvan Twaron wél tot de thermoplasten wordt gerekend.
14.3 Groene energie en duurzaamheid
14.4 Chemie en landbouw
Groene diesel
havo examen scheikunde 2005 2e tijdvak
Bij ECN (Energieonderzoek Centrum Nederland) in Petten is men in staat om dieselolie te maken uit snippers wilgenhout.
Om deze zogenoemde groene diesel te kunnen maken moet het wilgenhout eerst worden omgezet in voornamelijk koolstofmono-oxide en waterstof.
In het laboratorium van ECN staat een proefopstelling voor de productie van koolstofmono-oxide en waterstof.
In onderstaand blokschema is deze opstelling vereenvoudigd weergegeven:
De houtsnippers bestaan voornamelijk uit het polysacharide cellulose (zie Binas-tabel 67 F3).
In ruimte 1 worden de houtsnippers bij een temperatuur van 8500 C met zuurstof omgezet tot koolstofmono-oxide en waterstof.
Hierbij ontstaan verontreinigingen zoals ammonak (NH3), teer, roet en as.
Teer is een verzamelnaam voor organische verbindingen met kookpunten tussen de 800 en 350o C.
Om maximale hoeveelheden koolstofmono-oxide en waterstof te krijgen, moet in ruimte 1 precies de juiste hoeveelheid zuurstof worden toegevoerd.
Wanneer te veel zuursof wordt toegevoerd ontstaat minder waterstof, wanneer te weinig zuurstof wordt toegevoerd ontstaat minder koolmono-oxide.
Ruimte 2 bevat een stoffilter.
Een stoffilter is een filter dat vaste stoffen tegenhoudt en gassen doorlaat.
Met behulp van zo'n stoffilter worden in ruimte 2 het roet en de as verwijderd.
In ruimte 3 wordt het teer gescheiden van koolstofmono-oxide, waterstof en ammoniak.
Hierbij wordt het teer met behulp van een oplosmiddel uit het gasmengsel gehaald.
In ruimte 4 wordt dat oplosmiddel van het teer gescheiden.
Het oplosmiddel wordt opnieuw gebruikt.
In ruimte 5 wordt het overgebleven gasmengsel met water besproeid.
Ammoniak los op, koolstofmono-oxide en waterstof lossen niet op.
Hierdoor wordt ammniak gescheiden van koolstofmono-oxide en waterstof.
Uit ruimte 5 van de proefopstelling van ECN komt een gasmengsel van uitsluitend koolstofmono-oxide en waterstof.
Dit mengsel gaat naar een reactor waar men koolstofmono-oxide laat reageren met waterstof.
Onder invloed van een katalysator treedt de volgende reactie op waarbij koolwaterstofketens worden gevormd.
(n+2) CO + (2n+5) H2 --> CH3-(CH2)n-CH3 + y H2O (reactie 1)
De gewenste gemiddelde lengte van de koolwaterstofketens wordt verkregen door een juiste keuze van temperatuur en druk.
Een mengsel van koolwaterstoffen met een ketenlengte waarbij 7 < n < 19, is geschikt als dieselbrandstof.
De dieselbrandstof die op deze manier uit wilgenhoutsnippers gemaakt wordt, noemt men groene diesel.
Uit onderzoek bleek dat het rendement aan groene diesel hoger wordt wanneer men eerst bij reactie 1 moleculen met lange ketens maakt\((\:n\geq\:19\:)\).
Deze moleculen met lange ketens worden vervolgens gekraakt.
Een voorbeeld van zo'n alkaanmolecuul met een lange keten is een molecuul C51H104.
Bij een kraakreactie kunnen bijvoorbeeld uit één zo'n molecuul C51H104 drie moleculen ontstaan die elk 17 koolstofatomen hebben.
De vader van Pieter heeft een auto waarmee hij 30.000 km per jaar rijdt.
De auto gebruikt 1,0 liter groene diesel per 20 km.
Een agrarisch bedrijf is in staat om 11 ton wilgenhout per jaar per hectare te produceren,
Uit 1,0 ton wilgenhout kan 150 liter groene diesel worden gemaakt.
De reactievergelijking van de volledige verbranding van groene diesel is hieronder weergegeven, waarbij C14H30 de 'gemiddelde molecuulformule' van groene diesel is.
2 C14H30 + 43 O2 --> 28 CO2 + 30 H2O
Bij verbranding van groene diesel komt ongeveer evenveel koolstofdioxide vrij als bij de verbranding van 'normale' dieselolie.
Toch noemt men het gebruik van groene diesel broeikasgasneutraal.
14.5 Toepassing
Toepassingsvraag Titaanwit
havo-examen 2007 2e tijdvak
De kleurstof die tegenwoordig in witte verf het meest wordt toegepast, is TiO2, een witte vaste stof.
De grondstof voor de industriële bereiding van TiO2 is FeTiO3.
Voor de productie van TiO2 uit FeTiO3 zijn twee processen bekend: het sulfaatproces en het chlorideproces.
Bij het sulfaatproces laat men FeTiO3 reageren met zwavelzuur.
Deze reactie kan worden weergegeven met de volgende vergelijking:
FeTiO3 + 2 H+ → TiO2 + Fe2+ + H2O
Een nadeel van het sulfaatproces is dat een grote hoeveelheid afvalzuur ontstaat, doordat een overmaat zwavelzuur wordt gebruikt.
Per ton FeTiO3 wordt 6,8·103 mol zwavelzuur toegevoegd (1,0 ton = 1,0·103 kg).
Omdat bij het sulfaatproces zoveel afval ontstaat, heeft men het chlorideproces ontwikkeld.
Het chlorideproces bestaat uit twee stappen. In de eerste stap laat men FeTiO3 reageren met chloorgas en koolstof.
De vergelijking van de reactie bij deze eerste stap is hieronder onvolledig weergegeven.
Alleen de coëfficiënten ontbreken.
… FeTiO3 + … Cl2 + … C → … TiCl4 + … FeCl3 + … CO2 (reactie 1)
Bij deze reactie ontstaat een suspensie van vast FeCl3 en vloeibaar TiCl4.
Het FeCl3 wordt door filtratie uit deze suspensie verwijderd.
Het filtraat, dat voornamelijk uit TiCl4 bestaat, wordt door destillatie gezuiverd.
Vervolgens laat men het zuivere TiCl4 in de tweede stap van het chlorideproces reageren met zuurstof:
TiCl4 + O2 → TiO2 + 2 Cl2 (reactie 2)
Het chloorgas dat bij reactie 2 vrijkomt, wordt opnieuw gebruikt in reactie 1.
Bij reactie 2 komt minder chloorgas vrij dan bij reactie 1 nodig is.
Daarom moet bij het chlorideproces voortdurend vanuit een opslagtank chloorgas worden toegevoerd.
Het chlorideproces kan in een blokschema worden weergegeven.
Hieronder is een onvolledig blokschema getekend. In reactor 1 vindt reactie 1 plaats en in reactor 2 vindt reactie 2 plaats.
Alle stofstromen waarin titaanverbindingen voorkomen, zijn weergegeven met pijlen.
Een aantal pijlen van andere stofstromen en een aantal formules van stoffen zijn weggelaten.
Hieronder is het blokschema uitgebreider, maar nog niet volledig, weergegeven.
Er zijn meer stofstromen getekend en deze zijn genummerd.
Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding 3.0 Nederlands licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding 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.
Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten
terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI
koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI
koppeling aan te gaan.
Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.
Arrangement
IMSCC package
Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.
Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en
het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op
onze Developers Wiki.
