5H NOVA H11.3 groene productieprocessen

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 5

Leerdoelen: je kunt ... 

• uitleg geven aan de hand van de twaalf principes van groene chemie (BINAS tabel 97F / boek tabel 6 op pag. 216)
  
• ... rekenen aan de atoomeconomie (BINAS tabel 37H en 97F)  
  
• ... het belang van een zo hoog mogelijk atoomeconomie uitleggen  
  
• ... rekenen aan het rendement en de E-factor (BINAS tabel 37H en 97F)

incl. uitlegvideo over berekenen van atoomeconomie, rendement en E-factor

Groene Chemie

Bedrijven willen graag bijdragen aan een duurzame wereld en toekomst. Daarom zijn er uitgangspunten geformuleerd om processen schoner en efficiënter te maken.

Dit zijn de 12 principes van de groene chemie. Je vindt ze in Binas tabel 97F

processen die gebaseerd zijn op de 12 principes van de groene chemie zijn duurzamer:

Binas 97F

tabel 6 op pagina 216

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Het gebruiken van het afval van suikerriet
om een kunststof te maken.

1. principe 1
2. principe 5
3. principe 3
4. principe 7

Het gebruiken van het afval van suikerriet

om een kunststof te maken.

Principe 7: Het suikerriet groeit het volgende jaar weer aan.

Past bij: Het uitgangsmateriaal moet, indien technisch en economisch mogelijk, hernieuwbaar zijn.

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Het ontwerpen van plastic tassen die afbreekbaar zijn in het milieu.

1. principe 8
2. principe 10
3. principe 6
4. principe 4

Het ontwerpen van plastic tassen die afbreekbaar zijn in het milieu

Principe 10. Ontwerpen met het oog op afbraak

Chemische producten dienen zo ontworpen te worden dat ze aan het eind van hun gebruiksperiode niet in het milieu achterblijven, maar afgebroken kunnen worden tot ongevaarlijke reststoffen of tot uitgangsmaterialen.

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F.
Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:
Fabriek A levert verwarmd water aan fabriek B,
die het gebruikt voor het verwarmen van zijn uitgangsstoffen.

1. principe 8
2. principe 6
3. principe 4
4. principe 2

Fabriek A levert verwarmd water aan fabriek B, die het gebruikt voor het verwarmen van zijn uitgangsstoffen.

Principe 6.  Energie-efficiënt ontwerpen

6: De energiebehoefte van het proces moet in het geheel meegenomen en beoordeeld worden op zijn economische impact, maar vooral op zijn impact op het milieu. In ieder geval dient deze impact zo laag mogelijk te zijn.

Gebruik de principes van de groene chemie, Binas tabel 97F. Geef aan bij welk(e) principe(s) de volgende stelling hoort:

Duurzaamheid

Duurzame ontwikkelingen zijn belangrijk voor toekomstige generaties!

Ze moeten minder energie en grondstoffen consumeren en zuiverdere en minder gevaarlijke stoffen opleveren. 

En daar kunnen we ook aan rekenen!

3 soorten berekeningen

Rendement

Atoomeconomie

E-factor

Atoomeconomie

Een optimale atoomeconomie houdt in dat het eindproduct zoveel mogelijk atomen van de in het proces gebruikte beginstoffen bevat. 

-> berekenen op basis van molecuulmassa's (niet vergeten: molverhouding!)

                                                                                                                                  

Atoomeconomie=​massabeginstoffen​​massagewenstproduct​​⋅100

%

Rekenvoorbeeld atoomeconomie

Methanol en ethaanzuur reageren in zuur milieu tot methylethanoaat en water. In de afbeelding is de reactievergelijking weergegeven. Bereken de atoomeconomie voor de productie van methylethanoaat.

Massa beginstoffen: 32,04 + 60,06 = 92,10

Massa gewenste product: 74,08

Atoomeconomie= Massa gewenste product / massa beginstoffen x 100%

Atoomeconomie= 74,08 / 92,10 x 100% = 80,43%

Pak je BINAS!!!

Tabel 98 en 99 gereed houden

Wat is juist over de atoomeconomie van ijzerchloride in de volgende reactie (max. 30 seconden tijd om te antwoorden):

2Fe+3Cl​2​​→2FeCl​3​​

1. groter dan 100%
2. gelijk aan 100%
3. kleiner dan 100%

Bereken de atoomeconomie voor de vorming van calciumoxide uit calciumcarbonaat. De bijbehorende reactievergelijking is: CaCO₃ --> CaO   +  CO₂

Bereken de atoomeconomie van de reactie waarbij 2-broombenzeen-1-ol
(= molecuul met ringstructuur rechts)
het gewenste reactieproduct is.

Rendement

In de praktijk wordt de maximale 100% vrijwel nooit gehaald, omdat er bijproducten ontstaan en/of bij zuivering een deel van de stof verloren gaat. 

-> praktische opbrengst is altijd gegeven in de vraag 

-> theoretische opbrengst berekenen met verhouding van molecuulmassa's aan de hand van reactievergelijking

Rendement=​massatheoretischeopbrengst​​massawerkelijkeopbrengst​​⋅100

%

Bij de additie van water aan 1,0 kg propeen 

ontstaat 0,80 kg propaan-1-ol.

Bereken het rendement van deze reactie.

Rendement = praktische opbrengst / theoretische opbrengst x 100%

Praktische opbrengst staat in de tekst: 

0,80 kg propaan-1-ol

Theoretische opbrengst moet je uitrekenen!

Theoretische opbrengst:

m = 1,0 kg propeen, M = 42,016 gram/mol

n = m / M =  1000 gram / 42,016 = 23,8 mol propeen

molverhouding 1:1, dus ook 23,8 mol propaan-1-ol

M (propaan-1-ol) = 58,82 gram/mol

m = n x M = 23,8 x 58,82 = 1,4 kg propaan-1-ol

Rendement = praktische opbrengst / theoretische opbrengst x 100%

Rendement = 0,80 / 1,4 x 100% = 57 %

Bereken het rendement van het proces (rechts) als er 12,7 gram ijzer ontstaat uit 20,4 gram ijzeroxide.

E-factor

E-factor, Environmental factor, is het aantal kg afval per kg product. 

-> berekenen op basis van molecuulmassa's (niet vergeten: molverhouding!)

     maar: bij massa gewenst product wel rekening houden met rendement!

Efactor=​mgewenstproduct​​mbeginstoffen−mgewenstproduct​​

E-factor rekenvoorbeeld

Bereken de E-factor van de volgende reactie,

waarbij natrium het gewenste product is 

en er slecht 80% rendement is: 

 

Massa beginstoffen = 2 x 58,443 = 116,886 u

Massa gewenste product = 2 x 22,990 x 80% = 36,784 u

(116,886 - 36,784) / 36,784 = 2,2 kg afval per kg product.

116,886 - 36,784 / 36,784 = 2,2 kg afval per kg product.

2NaCl−>2Na+Cl​2​​

Leerdoelen: kun je ... 

• ... uitleg geven aan de hand van de twaalf principes van groene chemie (BINAS tabel 97F / boek tabel 6 op pag. 216)
  
• ... rekenen aan de atoomeconomie (BINAS tabel 37H en 97F)  
  
• ... het belang van een zo hoog mogelijk atoomeconomie uitleggen  
  
• ... rekenen aan het rendement en de E-factor (BINAS tabel 37H en 97F)   

Herhalingsfilmpjes