Leerdoelen
•Je kunt processen tekenen als blokschema's
•Je kunt uitleggen welke stoffen in een blokschema gerecirculeerd kunnen worden
•Je kunt een eindexamenopgave over blokschema's oplossen
Blokschema's in de chemische industrie
In de chemische industrie worden veel blokschema's gebruikt, ook wel Process Flow Diagrams (PFD's) genoemd. Deze schema's bestaan uit lijnen en pijlen die de stroom van stoffen aangeven. Bij elke lijn of pijl moet een stof vermeld staan. De blokken in het schema geven aan waar een reactie, bewerking of opslag plaatsvindt. Een blok met een kruis betekent dat er een reactie met een katalysator plaatsvindt.
Opzet van een blokschema
Een typisch blokschema begint met grondstoffen die naar binnen worden gevoerd. Vervolgens vindt er een voorbewerking plaats, zoals malen of oplossen in water, om de efficiëntie van de fabriek te verhogen. Na de voorbewerking komt de reactie in de reactor, waar beginstoffen worden omgezet in eindproducten. Het productiemengsel wordt daarna gescheiden en gezuiverd om ongewenste stoffen te verwijderen. Beginstoffen die niet volledig zijn gereageerd, worden vaak gerecirculeerd om opnieuw te worden gebruikt.
Voorbeeld: Productie van levulinezuur
Een voorbeeld van een blokschema is de productie van levulinezuur uit afvalhout. Levulinezuur is een belangrijk tussenproduct voor de productie van caprolactam, een grondstof voor nylon. Het proces begint met het omzetten van afvalhout in suikers, die vervolgens worden omgezet in levulinezuur.
Rekenvoorbeeld: Geconcentreerd zwavelzuur
Bij de productie van levulinezuur is geconcentreerd zwavelzuur nodig. Stel dat een batch 200 kilogram reactiemengsel bevat, met 3,0 massaprocent zwavelzuur. Geconcentreerd zwavelzuur bevat 98 massaprocent zwavelzuur en heeft een dichtheid van 1,832 kg/L. Bereken het volume geconcentreerd zwavelzuur dat nodig is per batch.
Bereken de massa zwavelzuur: 3,0% van 200 kg =
Corrigeer voor 98 massaprocent:
Bereken het volume:
Chemische reacties in blokschema's
In een blokschema kunnen verschillende chemische reacties plaatsvinden. Bijvoorbeeld, in een reactor kan maltose worden omgezet in levulinezuur, methaanzuur en water. De molecuulformules zijn als volgt:
Maltose:
Levulinezuur:
Methaanzuur:
Kookpuntvergelijking: MIBK en levulinezuur
Bij de destillatie in een blokschema is het belangrijk om te weten welke stof een lager kookpunt heeft. Vergelijk de structuurformules van MIBK (4-methylpentaan-2-on) en levulinezuur. Levulinezuur kan waterstofbruggen vormen, wat resulteert in een hoger kookpunt dan MIBK.
