Nova Scheikunde MAX 3.0 deel B - Hoofdstuk 11 - Industriële chemie oefentoetsen & antwoorden

Gegeven:Reactie = C2H5OH + CH3COOH 🡪 C4H8O2 + H2Omethanol = 450 ton = 450 * 106 gmethylethanoaat = 567 ton = 567 * 106 gGevraagd:rendement =? %Berekenen molaire massa’s:Methanol = 46,07 g/mol (binas 98)Methylethanoaat = 4 * 12,01 + 8 * 1,008 + 2 * 16 = 88,104 g/molBerekenen chemische hoeveelheidnethanol = m / M nethanol = 450 * 106 / 46,07 = 9,77 * 106 molnethylethanoaat = m / M nethylethanoaat = 567 * 106 / 88,104 = 6,44 * 106 molMaximale opbrengst:de verhouding ethanol: ethylethanoaat = 1:1. Er kan dus maximaal 9,77 * 106 mol ethylethanoaat ontstaat.m = n * Mm = 9,77 * 106 * 88,104m = 860 ton ethylethanoaatBerekening rendementRendement = praktische opbrengst/ maximale opbrengst * 100%rendement = 567 / 860 * 100rendement = 65,9% Als we naar de atoombalans kijken dan zien we dat we 2 C-tjes 4 H-tjes en 2 O-tjes over hebben. De stof zal dus C2H4O2 zijn. Dit zal waarschijnlijk ethaanzuur zijn (CH3COOH).Voor de reactie worden salicylzuur en azijnzuuranhydride toegevoegd. Deze stoffen horen dus bij stroom 1 & 2.Omdat de reactie geen rendement van 100% heeft, zal er in stroom 3 zowel salicylzuur, azijnzuuranhydride als aspirine & ethaanzuur zitten.Bij scheiding 1 zullen de beginstoffen worden gescheiden van de reactieproducten. In stofstroom 4 zitten daarom dus de beginstoffen die terug worden gevoerd naar de reactor.Als in S1 de beginstoffen en de reactieproducten worden gescheiden zitten dus in stofstroom 4 de reactieproducten (aspirine en ethaanzuur).Na S1 worden de reactieproducten van elkaar gescheiden. Dan houden we in stofstroom 7 de aspirine over in stofstroom 6 de ethaanzuur.1 = salicylzuur (of azijnzuuranhydride)2 = Azijnzuuranhydride (of salicylzuur)3 = salicylzuur, azijnzuuranhydride, aspirine & ethaanzuur4 = salicylzuur & azijnzuuranhydride5 = aspirine & ethaanzuur6 = ethaanzuur7 = aspirineReactievergelijking:Formule:$\rm atoomeconomie = \frac{massa \ gewenst \ product}{massa \ beginstoffen}*100 \%$Molaire massa’s:azijnzuuranhydride (C2H2O5) = 102,09 g/molsalicylzuur (C7H6O3) = 138,12 g/molaspirine (C9H8O4) = 180,158 g/molazijnzuur (CH3COOH) = 60,052 g/molInvullen formule:atoomeconomie: $\frac{180,158}{102,09+138,12}*100 \%$ Atoomeconomie = 75% Het brouwen van bier gebeurt in grote koperen ketels. Dit zijn eigenlijk reactievatten/reactoren. Dit proces is dus een batchprocesVitamine-C tabletten worden op een lopende band in potjes gedaan. Dit gebeurt continu. Het is dus een continuprocesBij hoogovens worden en continu ijzererts en cokes toegevoegd. We hebben dus een continuprocesEthyethanoaat wordt in een reactievat geproduceerd en is dus een batchproces Uit het blokschema (stap 3) is te halen dat N2 reageert met H2 tot NH3. Hieruit komt dus de volgende reactieN2 + 3 H2 🡪 2 NH3Bij stap 6 verbrandt NH3 tot N2 en H2O. Voor verbranding is zuurstof nodig. Gasmengsel Y moet dus O2 bevatten.Gasmengsel X is een mengsel van lucht waaruit N2 is gehaald. In lucht zit ook zuurstof. Gasmengsel X kan dus ook worden gebruikt voor gasmengsel Y.In ammoniak zit stikstof (N) en waterstof (H). Bij de verbranding van brandstoffen die stikstof bevatten ontstaan stikstofoxiden. Dit zijn NO2, NO, NOx of N2O. Dit zijn dus mogelijke bijproducten van de verbranding van NH3.Reactie:4 NH3 (g) + 3 O2 (g) 🡪 2 N2 (g) + 6 H2O (l)Formule:ΔE = Eoeind - EobeginVormingswarmte opzoekenNH3 (g) = -0,46 * 105 J/mol (binas57)O2 = 0 (niet-ontleedbare stof)N2 = 0 (niet-ontleedbare stof)H2O (l) = -2,86 * 105 J/mol (binas57)Berekenen reactiewarmteΔE = (6 * -2,86 * 105) – (4 * -0,46 * 105)ΔE = -15,3 * 105 JBerekenen per mol NH3- 15,3 * 105 / 4 = -3,83 * 105 J/mol NH3Gegeven:1,0 kWh = 3,6 * 106 Jrendement reactie = 60%ΔE = -3,83 * 105 J/molGevraagd:massa NH3 =? KgBerekenen aantal J per huishouden3,3 * 103 * 3,6 * 106 = 1,19 * 1010 JBerekenen aantal J er uit de reactie moet komen1,19 * 1010 / 60 * 100 = 1,98 * 1010 JBerekenen aantal mol NH31,98 * 1010 / 3,83 * 105 = 5,17 * 104 molBerekenen aantal kg NH3m = n * Mm = 5,17 * 104 * 17,031 = 8,8 * 105 gm = 8,8 * 102 kgEr zijn meerdere redenen waarom er wordt gekozen voor vloeibaar ammoniak.Het kookpunt van ammoniak (240 K) ligt veel hoger dan dat van waterstof (20 K). Je hoeft dus minder energie te gebruiken om ammoniak vloeibaar te maken.Waterstof is veel brandbaarder en explosief. Het is dus veiliger om ammoniak op te slaan.