Polaris Scheikunde - Hoofdstuk 6 - Chemische industrie oefentoetsen & antwoorden

Een batchproces wordt in batches gedaan, of te wel in ‘porties’, steeds een nieuwe ‘portie’ wordt in het reactievat gedaan en na afloop van de reactie wordt het reactievat geleegd en wordt een nieuwe reactie gestart. Bij een continu proces is er een constante aanvoer van beginstoffen en afvoer van reactieproducten, dit proces gaat 24h/dag door.     Zetmeel is anders dan glucose omdat zetmeel een polymeer is dat bestaat uit een keten van meerdere glucose deeltjes. Glucose is het monomeer waaruit zetmeel is gemaakt.Thermoharders bevatten crosslinks tussen de polymeerketens. Thermoplasten hebben deze crosslinks niet.Een stof is hydrofiel als de moleculen van de stof waterstofbruggen kunnen vormen.Een oppervlakteactieve stof is een stof die de oppervlaktespanning van water beïnvloedt.De hydrofiele kop van het zeepmolecuul moet aan de buitenkant van de micel.De hydrofobe staart van het zeepmolecuul moet aan de binnenkant van de micel.Water aan de buitenkant en vet aan de binnenkant van de micel. Als de temperatuur verhoogd wordt gaan de moleculen harder trillen, ze krijgen meer energie. Hierdoor wordt de kans op een effectieve botsing groter, door de toegenomen energie worden de botsingen ‘harder’. Meer effectieve botsingen betekent een hogere reactiesnelheid. Door de concentratie te verlagen zijn er per liter minder reactieve deeltjes aanwezig. Hierdoor neemt de kans op een effectieve botsing af, er zijn immers minder deeltjes om een botsing mee te krijgen.  Als het aantal effectieve botsingen afneemt zal ook de reactiesnelheid afnemen. Als de verdelingsgraad toeneemt, dan neemt het reactieoppervlak toe. Er zijn meer deeltjes die in contact komen met de reactieve stof. Hierdoor neemt het aantal effectieve botsingen toe. Er zijn immers meer deeltjes om een botsing mee te krijgen. Meer effectieve botsingen betekent een hogere reactiesnelheid. De cursief gedrukte tekst is een toelichting op het antwoordHarde kunststoffenZachte kunststoffenThermoharderHard door crosslinks tussen ketensThermoplastGeen crosslinksLange polymeerketensMeer oppervlak om te binden dan bij korte ketensKorte polymeerketensLineaire polymeerketensMeer oppervlak om te bindenVertakte polymeerketensDoor vertakkingen moeilijker om te binden met andere ketensHoog smeltpuntKetens hebben sterkere binding dus is polymeer harder dan bij laag smeltpuntLaag smeltpuntWeekmakerMeer ruimte tussen de ketens waardoor minder bindingSchoon afwaswater heeft veel schuim omdat er niet genoeg ruimte is voor alle zeepmoleculen aan het oppervlak van het water, hierdoor vormen zich micellen met lucht aan de binnenkant. Deze micellen zijn zichtbaar als schuim. Als het afwaswater vies is, zijn er micellen gevormd met vet/vuil binnenin. Er zijn niet meer genoeg zeepmoleculen om schuim te vormen.Een van de uitdagingen van de energietransitie is het opslaan van energie uit zonnepanelen en windmolens, voor als er geen zon of wind is. Door waterstof te maken met elektriciteit, kan die waterstof worden opgeslagen. Later kan die waterstof weer 'verbrand' worden in brandstofcellen om elektriciteit te maken. Het ‘verbranden’ van waterstof levert alleen water op als reactieproduct en is dus een schone brandstof die niet bijdraagt aan de koolstofdioxide-uitstoot. Risico = kans * effectHet risico van een proces met een lage kans kan toch heel groot zijn als het effect groot is.Andersom kan het risico van een proces met een hoge kans laag zijn als het effect klein is. Handelingen en reacties in het proces krijgen een blok (mengen en bakken).Beginstoffen en reactieproducten als horizontale pijlen (meel, ei, melk, beslag, pannenkoeken).Hulpstoffen komen van boven in het blok (olie).Retourstroom onderuit het blok naar het vorige blok (beslag dat over is). Vetten en koolhydratenKenmerk gegeven in de tekst: ‘Pepsine is een eiwit dat de afbraak van voedseleiwitten versnelt.’ Pepsine is een enzym, want het versnelt de reactie.Kenmerk afgeleid uit figuur 1: in figuur 1 zie je een molecuul dat verandert in 2 nieuwe moleculen. Er vindt dus een chemische reactie plaats. Deze reactie zou niet plaatsvinden zonder Pepsine. Pepsine is daarom een enzym. In figuur 3 is te zien dat de activiteit van pepsine afneemt als de pH stijgt. In figuur 2 zie dat de pH stijgt als voedsel van de maag naar de darmen gaat. Het toevoegen van alvleessap gebeurt in de darm waardoor de pH stijgt. We kunnen dus zeggen dat de activiteit van pepsine afneemt na het toevoegen van alvleessap. Thermoharders blijven hard als ze verwarmd worden.Hierdoor kan je thermoharders niet in een andere vorm persenThermoharders ontstaan als er crosslinks ontstaan tussen polymeerketens.Als je de polymeerketens in een mal brengt en dan in de mal het crosslink proces start kan je toch thermoharders in elke gewenste vorm maken. Stap 1: bepalen hoeveelheid Joule/seconde uit waterstof nodig bij maximaal vermogenGegeven:Vermogen 211kW1 Watt = 1 Joule / secondeRendement 52%Gevraagd:Aantal joule/seconde bij max vermogenBerekening:211 kW $cdot$ 1000 = 211.000 Joule/secondeRendement = nuttig gebruikte energie = 52%211.000 J/s = 52%Met kruistabel:53%100%211.00 ?$\rm ? = \frac{211.000 \cdot 100}{53}$$\rm ? = 398.113 \,  J/s$$\rm ? = 0.398 \cdot 10^6 \, J/s$stap 2: Bepalen hoeveel gram waterstof nodig voor $\rm 0.398 \cdot 10^6 \, J/s$Gegeven:Dichtheid waterstof $0.08988 \, kg/m^3$Energie in waterstof $10.8 10^6 \, J/m^3$Gevraagd:Gram waterstofBerekening:Energie bij vol vermogen (J/s) : energie in waterstof (J/m$^3$)  = hoeveelheid waterstof (m$^3$/s )$\rm 0.398 \cdot 10^6 J/s : 10.8 \cdot 10^6 J/m^3 = 0.0369 m^3 / seconde$ Hoeveelheid waterstof (m$^3/s$) $\cdot$ dichtheid (kg/m$^3$)  = massa waterstof (kg/s) $\rm 0.0369 m^3 \cdot 0.08988 kg/m^3 = 3.3  \cdot 10^{-3} \ kg/s$Kg naar g waterstof$3.3 \cdot 10^{-3}kg  \cdot 1000 = 3.3 / g$ Conclusie: Voor het rijden op maximaal vermogen is 3.3 g waterstof per seconde nodig.