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:

Van biet tot suiker https://youtu.be/xXSvsjkkzSk?t=27s

Zoals je in de video kunt zien worden de suikerbieten na de oogst bij een fabriek gebracht. Daar vinden verschillende handelingen plaats:

  1. De vuile bieten worden gewassen.
  2. De schone bieten worden gesneden
  3. De reepjes biet worden gemend met heet water om de suiker te extraheren (die lost immers op in heet water).
  4. 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.

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:

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:

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:

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: