Proceschemie
In deze module maken we kennis met de chemische industrie. Je kunt na deze module verschillende soorten chemische industrie benoemen. Daarnaast leer je rekenen met rendementen in scheikundige processen en van deze processen een blokschema opstellen.
Kies nu in het menu aan de linkerkant van de pagina de knop "Fijnchemie en bulkchemie" om verder te gaan.
De informatie op deze wikiwijs pagina is bewust beknopt gehouden. Als je meer wilt lezen over deze onderwerpen kun je terecht in het leerboek Chemie, paragrafen 8.1 en 8.2.
Succes!
Fijnchemie en bulkchemie
Met behulp van scheikunde maken we dagelijks vele verschillende stoffen. Maar dat gebeurt natuurlijk niet allemaal op grote schaal. Van sommige producten wordt maar een beperkte hoeveelheid gemaakt. Vaak gaat het dan om grammen tot enkele honderden kilogrammen per jaar. Denk bijvoorbeeld aan een bepaald soort lipstick of haargel. We spreken in dit geval van fijnchemie.
Van andere producten hebben we veel meer nodig, en dus worden deze op veel grotere schaal geproduceerd Het gaat dan doorgaans om tonnen product per jaar (weet je nog... 1 ton = 1000 kg). We spreken dan van bulkchemie. De petrochemische industrie (brandstoffen) is hiervan een goed voorbeeld.
De hoeveelheid product die een fabrikant per jaar wilt produceren bepaalt vaak ook het soort proces waarvoor gekozen wordt. Je leest hierover meer bij het kopje batch- en continu processen.
Batch- en continu processen
Binnen de industriele chemie kunnen we een onderscheid maken in twee soorten processen. Allereerst kennen we het batch proces. We voegen de beginstoffen in een vat en laten het reageren tot het product. Maar het reactievat is natuurlijk niet oneindig groot: je kunt dus maar een beperkte hoeveelheid product per keer maken. Na elke "batch" moet je het reactievat legen en opnieuw vullen. Denk bijvoorbeeld aan een snackbar die porties patat bakt. Batch processen zijn prima voor de fijnchemie, maar op grote schaal is het niet efficient.
Bulkchemicaliën worden dan ook vaak gemaakt met een continu proces. Er worden constant beginstoffen aangevoerd aan een reactievat terwijl het product er continu uit wordt gehaald. Dit vraagt echter om een ingewikkelde fabriek.
Ga nu verder met het onderwerp "blokschema's".
Blokschema's
De verschillende chemische processen die nodig zijn voor het maken van een product kun je overzichtelijk weergeven in een blokschema. Daarin zetten we de verschillende processen / handelingen in blokken. Met pijlen geven we aan welke stoffen er het proces in gaan, en welke er vervolgens uitkomen. We noemen dit de stofstromen.
Als eenvoudig voorbeeld nemen we de productie van suiker uit suikerbieten. Bekijk eens de volgende korte video:
Zoals je in de video kunt zien worden de suikerbieten na de oogst bij een fabriek gebracht. Daar vinden verschillende handelingen plaats:
- De vuile bieten worden gewassen.
- De schone bieten worden gesneden
- De reepjes biet worden gemend met heet water om de suiker te extraheren (die lost immers op in heet water).
- etc....
Deze reeks van processen kun je samenvatten in het volgende blokschema:
Bij elke pijl staan stoffen genoemd; dit zijn de stofstromen. De processen (wat je "doet" met de stoffen) staan in de blauwe blokken. In dit voorbeeld komen alleen scheidingsmethoden als processen voor. Vaak stelt zo'n blok echter ook een reactor voor waarin een reactie plaatsvindt.
Rendement
Rendement berekenen
Het zou mooi zijn als bij alle chemische reactie alle beginstoffen volledig worden omgezet tot het gewenste product. Helaas is dat vaak niet zo. In praktijk is de opbrengst vaak lager dan wat je theoretisch mag verwachten. We drukken dit vaak uit als het rendement van een reactie.
Het rendement rekenen we als volgt uit:
\(\text{rendement} = { \text{werkelijke opbrengst} \over \text{theoretische opbrengst}} \text{x 100%}\)
Het maakt niet uit of je de opbrengst in gram of mol invult, als je maar gelijke eenheden gebruikt voor beide hoeveelheden!
Laten we eens het rendement van een reactie berekenen waarvan de werkelijke opbrengst gegeven is.
VOORBEELD
IJzererts (Fe2O3) kan met koolstof worden omgezet in ijzer en koolstofdioxide. Bereken het rendement als er uit 100 gram ijzererts 50 gram ijzer ontstaat. Geef het antwoord in twee significante cijfers. Neem aan dat er ruim voldoende koolstof aanwezig is.
UITWERKING
Om het rendement te berekenen hebben we de werkelijke- en theoretische opbrengst nodig. De werkelijke opbrengst is al gegeven (50 gram ijzer).
Maar wat is de theoretische opbrengst als je 100 gram ijzererts omzet in ijzer? Gebruik het stappenplan uit vwo 4 voor het rekenen aan een reacties:
- reactievergelijking: 2 Fe2O3+ 3 C
4 Fe + 3 CO2
- gegeven: 100 gram ijzererts; gevraagd: gram ijzer.
- gegeven naar mol omzetten: 100 gram ijzererts komt overeen met 0,626 mol (÷ molaire massa ijzererts, 159,7 g/mol)
- de molverhouding ijzererts:ijzer = 2:4 = 1:2 (zie de reactievergelijking)
- gevraagde in mol: 0,626 × 2 = 1,25 mol ijzer ontstaan
- gevraagde naar gram: 1,25 mol ijzer komt dus overeen met 70 gram (× molaire massa ijzer, 55,85 g/mol).
Dit (70 gram) is de theoretische opbrengst, oftewel hoeveel product er zou ontstaan als alle beginstoffen volledig opreageren. We vullen tot slot de formule voor het rendement in:
Rendement en het blokschema
Bij een rendement lager dan 100% zal een deel van de beginstoffen niet volledig wegreageren tot het product. In dat geval zal er in het reactievat na de reactie nog wat van de beginstoffen over zijn. Het is natuurlijk zonde om deze overgebleven beginstof weg te gooien. Vaak worden deze dan ook gerecycled: door middel van recirculatie worden ze na scheiding van het product weer teruggevoerd naar het reactievat:
Afsluiting: test jezelf!
Toets: Basisbegrippen in de chemische industrie
