Scheikunde SE-week 3
Hoofdstuk 15
15.1: Van grondstof tot product
Chemici onderzoeken nieuwe producten en ontwikkelen nieuwe productieprocessen voor bestaande
producten.
Doel: goedkoper/veiliger/groener
Er wordt op zoek gegaan naar betere synthesereacties en goede katalysatoren
Een goede katalysator is energie besparend (want deze verlaagd de activeringsenergie E act waardoor
de productie bij een lagere temperatuur kan plaatsvinden).
Ook dringt het het aantal nevenreacties terug, waardoor minder gewenste bij producten gevormd
worden en dus minder chemisch afval ontstaat.
In het laboratorium wordt onderzocht onder welke omstandigheden de beginstoffen met elkaar
reageren en in welke vorm de katalysator aanwezig moet zijn.
Daarna wordt een proeffabriek gebouwd, waar onderzocht wordt of de productie op een
middelgrote schaal werkt en beheersbaar blijft bij verstoringen en calamiteiten. Er wordt getest op:
- Rendement - Energieverbruik - Onderhoud
- Invloed temperatuur, druk en katalysator - Vorming bij en afvalproducten
- Verbruik en benodigde zuiverheid van grondstoffen - Veiligheids- en milieuaspecten
Daarna wordt de echte fabriek gebouwd. Deze moet efficiënt zijn: er moeten zoveel mogelijk
producten per uur worden geproduceerd voor een zo laag mogelijk prijs. Er moeten dus gunstige
reactieomstandigheden zijn.
Hierbij zijn temperatuur, druk en katalysator van belang omdat deze de reactiesnelheid, kosten en
veiligheidsaspecten beïnvloeden.
Bij een evenwichtsreactie moet rekening worden gehouden met de ligging van het evenwicht.
Temperatuur:
Elke reactie verloopt sneller bij een hogere temperatuur.
Bij een evenwichtsreactie verschuift het evenwicht dat naar de endotherme kant.
Voordelen:
De opbrengst per uur wordt verhoogd
Bij een evenwichtsreactie: kortere insteltijd, dus hogere opbrengst per uur.
Nadelen:
Hogere energierekening
Extra veiligheidsmaatregelen
Beginstoffen kunnen bij een te hoge temperatuur ontleden (lagere opbrengst)
, Druk:
De druk speelt alleen een rol bij gassen.
Bij een stijging van de druk worden de concentraties van de gassen hoger, waardoor de
reactiesnelheid toeneemt.
Bij een evenwichtsreactie verschuift het evenwicht bij toenemende druk naar de kant met de minst
aantal deeltjes.
Voordelen:
Hogere opbrengst per uur
Nadelen:
Extra eisen aan materialen (dikkere wanden van de reactoren, extra veiligheidsventielen)
Risico op explosie
Katalysator:
Een katalysator verlaagt Eact, waardoor de reactie bij een lagere temperatuur kan plaatsnemen
zonder dat de reactiesnelheid te laag wordt.
Dit bespaart veel energie.
Vloeibaar systeem: homogene katalysator (=dezelfde fase als reactanten), vb. zuren en
enzymen
Gassen: heterogene katalysator (=andere fase dan reactanten), vb. kostbare metalen.
Bij een evenwichtsreactie verkort de katalysator de insteltijd, maar de ligging van het evenwicht blijft
hetzelfde.
Katalysatoren worden herbruikt en hebben dus geen effect op de prijs van de productie.
Een productieproces kan eenvoudig worden weergegeven door een blokschema (binas 38B1, 38B2,
38B3). Hierbij is elk blok een procesonderdeel in de fabriek.
! pijltjes tegen de blokken aan!
De pijlen staan voor de pijpleidingen in de fabriek die de reactoren en scheidingsinstallaties met
elkaar verbinden.
Bij elke pijl wordt aangegeven welke stoffen zich in de stoffenstroom verbinden tussen twee
onderdelen.
Om het proces zo efficiënt mogelijk te laten verlopen worden massa en energie zoveel mogelijk
herbruikt.
Hoofdstuk 15
15.1: Van grondstof tot product
Chemici onderzoeken nieuwe producten en ontwikkelen nieuwe productieprocessen voor bestaande
producten.
Doel: goedkoper/veiliger/groener
Er wordt op zoek gegaan naar betere synthesereacties en goede katalysatoren
Een goede katalysator is energie besparend (want deze verlaagd de activeringsenergie E act waardoor
de productie bij een lagere temperatuur kan plaatsvinden).
Ook dringt het het aantal nevenreacties terug, waardoor minder gewenste bij producten gevormd
worden en dus minder chemisch afval ontstaat.
In het laboratorium wordt onderzocht onder welke omstandigheden de beginstoffen met elkaar
reageren en in welke vorm de katalysator aanwezig moet zijn.
Daarna wordt een proeffabriek gebouwd, waar onderzocht wordt of de productie op een
middelgrote schaal werkt en beheersbaar blijft bij verstoringen en calamiteiten. Er wordt getest op:
- Rendement - Energieverbruik - Onderhoud
- Invloed temperatuur, druk en katalysator - Vorming bij en afvalproducten
- Verbruik en benodigde zuiverheid van grondstoffen - Veiligheids- en milieuaspecten
Daarna wordt de echte fabriek gebouwd. Deze moet efficiënt zijn: er moeten zoveel mogelijk
producten per uur worden geproduceerd voor een zo laag mogelijk prijs. Er moeten dus gunstige
reactieomstandigheden zijn.
Hierbij zijn temperatuur, druk en katalysator van belang omdat deze de reactiesnelheid, kosten en
veiligheidsaspecten beïnvloeden.
Bij een evenwichtsreactie moet rekening worden gehouden met de ligging van het evenwicht.
Temperatuur:
Elke reactie verloopt sneller bij een hogere temperatuur.
Bij een evenwichtsreactie verschuift het evenwicht dat naar de endotherme kant.
Voordelen:
De opbrengst per uur wordt verhoogd
Bij een evenwichtsreactie: kortere insteltijd, dus hogere opbrengst per uur.
Nadelen:
Hogere energierekening
Extra veiligheidsmaatregelen
Beginstoffen kunnen bij een te hoge temperatuur ontleden (lagere opbrengst)
, Druk:
De druk speelt alleen een rol bij gassen.
Bij een stijging van de druk worden de concentraties van de gassen hoger, waardoor de
reactiesnelheid toeneemt.
Bij een evenwichtsreactie verschuift het evenwicht bij toenemende druk naar de kant met de minst
aantal deeltjes.
Voordelen:
Hogere opbrengst per uur
Nadelen:
Extra eisen aan materialen (dikkere wanden van de reactoren, extra veiligheidsventielen)
Risico op explosie
Katalysator:
Een katalysator verlaagt Eact, waardoor de reactie bij een lagere temperatuur kan plaatsnemen
zonder dat de reactiesnelheid te laag wordt.
Dit bespaart veel energie.
Vloeibaar systeem: homogene katalysator (=dezelfde fase als reactanten), vb. zuren en
enzymen
Gassen: heterogene katalysator (=andere fase dan reactanten), vb. kostbare metalen.
Bij een evenwichtsreactie verkort de katalysator de insteltijd, maar de ligging van het evenwicht blijft
hetzelfde.
Katalysatoren worden herbruikt en hebben dus geen effect op de prijs van de productie.
Een productieproces kan eenvoudig worden weergegeven door een blokschema (binas 38B1, 38B2,
38B3). Hierbij is elk blok een procesonderdeel in de fabriek.
! pijltjes tegen de blokken aan!
De pijlen staan voor de pijpleidingen in de fabriek die de reactoren en scheidingsinstallaties met
elkaar verbinden.
Bij elke pijl wordt aangegeven welke stoffen zich in de stoffenstroom verbinden tussen twee
onderdelen.
Om het proces zo efficiënt mogelijk te laten verlopen worden massa en energie zoveel mogelijk
herbruikt.
