2.1/2.3 Petrochemie

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo, vwo
• Leerjaar 4

2.1/2.3 Petrochemie

Deze les

• Uitleg gefractioneerde destillatie en kraken
• Lezen 2.1 (blz. 39) + 2.3
• Maken 1, 8, 11, 32
• Uitleg chemische industrie en blokschema's
• Lezen 2.1 (blz. 40)
• Opdracht blokschema
• Maken 12, 15, 16

Leerdoelen

• Je kunt de werking van de destillatiekolom uitleggen.
  
• Je kunt een chemisch proces weergeven in een blokschema.
  
• Je weet wat bedoeld wordt met kraken en je kunt hiervan een reactievergelijking opstellen, zowel in molecuul- als structuurformules.

Gefractioneerde destillatie

• Scheidingsmethode destilleren: op basis van verschil in kookpunt.
• Ruwe aardolie (crude) gaat de destillatiekolom in, fracties (mengsels van koolwaterstoffen van vergelijkbare grootte) waar de aardolie uit bestaat worden overgebracht naar de gasfase en apart verzameld.
• Laag in de kolom hoge temperatuur, hoe hoger in de kolom des te hoger de temperatuur.
• Stoffen met laagste kookpunt komen het hoogst in de kolom terecht.

Kookpunten van stoffen

• De hoogte van een kookpunt wordt bepaald door de sterkte van bindingen tussen deeltjes.
• Gefractioneerde destillatie gaat over scheiding van moleculen, dus speelt de vanderwaalsbinding (hfst 1) en waterstofbrug (hfst 5) een rol.
• Hoe sterker de binding(en), hoe meer energie het kost om een stof over te brengen naar de gasfase, dus een hoger kookpunt.

Vanderwaalsbinding

• De vanderwaalsbinding (aantrekking tussen moleculen) is altijd aanwezig tussen moleculen in de vaste en vloeibare fase.
• De sterkte van de vanderwaalsbinding afhankelijk van:

        - massa (hogere massa = sterkere vdwaalsbinding)

        - vertakkingen (onvertakt is sterker dan vertakt) 

        - enkele/dubbele bindingen (enkele binding is sterker dan dubbele)

In hoofdstuk 5 leer je over de waterstofbrug en de relatie met het kookpunt. 

Welk molecuul komt het hoogst uit de destillatiekolom, propaan of pentaan?

1. propaan
2. pentaan

Uitleg bij quizvraag

De massa van propaan (C3H8) is lager dan de massa van pentaan (C5H12) . Lagere massa betekent zwakkere vanderwaalsbinding. Hoe zwakker de vanderwaalsbinding, hoe lager het kookpunt, hoe hoger in de destillatiekolom.

Welk molecuul komt het hoogst uit de destillatiekolom, butaan of methylpropaan?

1. butaan
2. methylpropaan

Uitleg bij quizvraag

De massa van butaan en methylpropaan is gelijk (beiden C4H10). Het verschil zit in de vertakking van methylpropaan. Vertakt betekent zwakkere vanderwaalsbinding dan onvertakt. Hoe zwakker de vanderwaalsbinding, hoe lager het kookpunt, hoe hoger in de destillatiekolom.

Welk molecuul komt het hoogst uit de destillatiekolom, propaan of propeen?

1. propaan
2. propeen

Uitleg bij quizvraag

Hoewel de massa van propaan (C3H8) en propeen (C3H6) enigszins verschillen, geeft dit niet de verklaring van het antwoord. De reden dat propeen hoger in de kolom eindigt, komt doordat propeen een dubbele binding heeft (propaan niet). Een dubbele binding zorgt voor een zwakkere vanderwaalsbinding (voelt tegenstrijdig, maar is echt zo). Hoe zwakker de vanderwaalsbinding, hoe lager het kookpunt, hoe hoger in de destillatiekolom.

Kraken

• Ontledingsreactie van koolwaterstoffen.
• Thermisch of katalystisch kraken.
• Lange koolstofketens worden in kleinere fragmenten 'geknipt'.
• Uit een alkaan ontstaat altijd minimaal een alkaan en een alkeen.

Voorbeeld: kraken van hexaan

C₆H₁₄ -> C₄H₈ + C₂H₆

Heptaan wordt gekraakt in propaan en nog 1 andere stof. Welke stof kan dat zijn?

1. propaan
2. propeen
3. butaan
4. but-1-een

Uitleg quizvraag

• Heptaan = C₇H₁₆
• Propaan = C₃H₈
• Buteen blijft over = C₄H₈
• Dat zal but-1-een zijn, waar de atoombinding is verbroken ontstaat een dubbele C=C binding.

Aan de slag

• Lezen 2.1 (blz. 39) + 2.3
• Maken 1, 8, 11, 32

Chemische industrie

Chemische industrie in NL

Laboratorium

• Onderzoek naar nieuwe producten op kleine schaal (max. een paar liter of kg).
• R&D afdeling (research & development).

Proeffabriek

• Opschalen van lab richting fabriek.
• Testen van variabelen, zoals temperatuur, druk, energieverbruik, rendement etc.
• Reactoren van 100-1000 liter.

De fabriek

• Grootschalige productie.
  
• Batch- en continuproces.
  

Batch proces

• Aanvoer beginstoffen -> proces -> uitvoer producten.
• Product van elke 'batch' kan iets verschillen.
• Proces wordt steeds opnieuw uitgevoerd.
• Toegepast in fijnchemie, zoals medicijnen of laboratoriumbenodigdheden.
• Kleine hoeveelheden met hoge nauwkeurigheid.
• Geschikt voor langzame reacties.

Continuproces

• Continue aanvoer beginstoffen en afvoer producten.
• Toegepast in bulkchemie, zoals polymeerchemie en productie van veel gebruikte grondstoffen (bijv. aceton).
• Grote hoeveelheden met minder nauwkeurigheid.

Gefractioneerde destillatie is een voorbeeld van een:

1. Batchproces
2. Continuproces

Het bakken van een cake is een voorbeeld van een:

1. Batchproces
2. Continuproces

Blokschema's

Blokschema's

• Schematische weergave van industrieel proces.
  
• Blok = proces (reactie, menging, scheiding)
  
• Pijl = stofstroom
  

Vragen bij blokschema's

• Vaak lange stukken tekst met veel informatie.
• Typen vragen:

- reactievergelijking opstellen a.d.h.v. gegeven blokschema;

- scheidingsmethoden noemen a.d.h.v. gegeven blokschema;

- pijlen/blokken/processen/stofnamen toevoegen aan incompleet blokschema;

• Elk eindexamen bevat een blokschema opgave.

Ammoniak wordt geproduceerd door stikstof en waterstof met elkaar te laten reageren in een reactor. Niet alle stikstof en waterstof wordt omgezet. Het gasmengsel wordt gescheiden door het door een condensor te leiden. De waterstof en stikstof kunnen vervolgens worden gerecycled. Teken het bijbehorende blokschema.

Aan de slag

• Lezen 2.1 blz. 40
• Maken 12, 15, 16