1 Chemische productieprocessen
Chemische industrie in Nederland
► M.b.v. chemische processen worden producten gemaakt die meestal in andere
fabrieken worden verwerkt, zoals staal, aluminium en polymeren.
► Chemische industrie maakt eindproducten zoals verf, medicijnen, kunststoffen,
etc.
Het laboratorium
► Chemici zoeken in laboratorium naar ‘groenere’ manieren om producten te
produceren. Er wordt dan vooral gezocht naar betere syntheseroutes en
katalysatoren. Juiste katalysator verlaagt de activeringsenergie van een reactie
waarmee deze energiebesparend werkt + meer oplevert.
De proeffabriek
► Chemische technologen zijn in staat om chemische processen uit het
laboratorium via een proeffabriek op te schalen naar industriële schaal: testen of
productieproces op middelgrote schaal goed verloopt en beheersbaar blijft bij
verstoringen of calamiteiten.
> Testen van bv. het rendement van proces, energieverbruik, veiligheid,
vervuiling.
De echte fabriek
► Na verwerking van gegevens van de proeffabriek gaan de chemisch
technologen samen met economen kijken of de fabriek economisch rendabel kan
zijn.
► Als fabriek is opgestart, worden processen bediend door procesoperators die
de gehele status van het proces kunnen overzien en zo nodig bijregelen.
Blokschema’s (Zie alle voorbeeldopgave’s!)
► Elk proces kan vereenvoudigd worden weergegeven in een processchema of
blokschema.
► In elk blok wordt de procesnaam van een reactie of proces weergegeven.
Vaak worden blokken ook gebruikt voor processen, zoals scheidingsprocessen.
> In procesblok worden soms ook de reactieomstandigheden vermeld
(temp., druk).
► Stofstromen worden met pijlen aangegeven, terwijl boven of onder de pijlen
de stoffen in woorden of formules worden vermeld.
► Als niet-gereageerde beginstoffen elders weer in het proces worden ingevoerd,
is er sprake van recirculatie.
► Binas 38B1, B2, B3: grafische symbolen voor industriële processen +
voorbeeldblokschema’s.
Procestypen Batch Continu
► Batchproces wordt vaak toegepast bij kleinere Kleurstoff Polymeren
hoeveelheden. en (kunststoffen)
Medicijne Etheen,
► Continuproces wordt vaak toegepast bij als er
n propeen
grotere hoeveelheden vloeistoffen of gassen Pesticiden Ammoniak
continu moeten worden verwerkt. Verven Zwavelzuur
Batchproces
► Bij batchproces wordt het reactievat gesloten en met de benodigde
grondstoffen gevuld.
, ►Na afloop van de reactie wordt het reactievat geleegd -> reactiemengsel wordt
verder verwerkt en het geleegde reactievat wordt hergebruikt.
► Veel arbeidskracht nodig: weinig geautomatiseerde handelingen.
► Batchproces vindt vooral plaats in de fijnchemie (bv. farmaceutische
industrie, verfindustrie) waarbij kleinere hoeveelheden onder nauwkeurig
bepaalde omstandigheden moeten worden gemaakt.
► Minder geschikt voor sterk exotherme reacties: vrijkomende warmte kan niet
goed worden afgevoerd.
► Wel geschikt voor langzaam verlopende reacties, omdat de verblijftijd hoog
kan zijn.
Continuproces
► Continuproces wordt vooral in bulkchemie toegepast, waarbij grotere
hoeveelheden moeten worden geproduceerd en waarbij de zuiverheid van de
stoffen en nauwkeurigheid van de procesomstandigheden van minder groot
belang zijn.
► Gaat 24/7 door en er vindt constante aan- en afvoer van stoffen plaats.
► Voor vloeistoffen wordt meestal een continu geroerde tankreactor (CSTR)
gebruikt en voor gassen meestal een buisreactor: mengen gemakkelijker en
kunnen veel sneller worden doorgevoerd.
► Reactieomstandigheden voor gassen kunnen veel extremer zijn: hoge druk en
temperatuur.
► Eén of meerdere reactievaten die vaak voor slechts één proces bruikbaar zijn,
omdat tijdens doorvoer van de reactanten de procesinstellingen voor bepaald
proces op elkaar moeten zijn afgestemd.
► Geautomatiseerd proces: temp. en druk worden bijgestuurd zodat proces niet
uit de hand loopt.
Batch- of continuproces?
► Batchproces is goedkoper dan continuproces (machines), maar een fabriek
met een continuproces kan per ton geproduceerd product goedkoper zijn door
grote hoeveelheden.
► Veel reacties in de industrie zijn in evenwicht -> na de reactie blijven vaak
grote hoeveelheden beginstoffen over. Om deze in continuproces her te
gebruiken zijn snelle scheidingprocessen nodig. De scheidingsprocessen zijn ook
nodig om evenwichtsreacties meer de gewenste kant op te laten verlopen en
producten uit een reactieproces te zuiveren van ongewenste bijproducten.
Batch Continu
Voordelen Nadelen Voordelen Nadelen
Lage Alleen bruikbaar bij Bruikbaar voor Hoge
investeringskosten kleine grotere investeringskosten
hoeveelheden hoeveelheden
Reactor kan voor Veel personeel Weinig personeel Reactor kan slechts
meerdere nodig nodig voor 1 proces
processen worden worden gebruikt
gebruikt
Reacties hebben Exotherme reacties Exotherme reacties Rendementen zijn
vaak hoge moeilijk in de hand goed in de hand te vaak middelmatig
rendementen te houden houden
Goed Slecht Processen kunnen Minder
gecontroleerde automatiseerbaar, goed gecontroleerde
omstandigheden wel controleerbare geautomatiseerd in omstandigheden ->
voor nauwkeurig omstandigheden de hand worden minder nauwkeurig
Chemische industrie in Nederland
► M.b.v. chemische processen worden producten gemaakt die meestal in andere
fabrieken worden verwerkt, zoals staal, aluminium en polymeren.
► Chemische industrie maakt eindproducten zoals verf, medicijnen, kunststoffen,
etc.
Het laboratorium
► Chemici zoeken in laboratorium naar ‘groenere’ manieren om producten te
produceren. Er wordt dan vooral gezocht naar betere syntheseroutes en
katalysatoren. Juiste katalysator verlaagt de activeringsenergie van een reactie
waarmee deze energiebesparend werkt + meer oplevert.
De proeffabriek
► Chemische technologen zijn in staat om chemische processen uit het
laboratorium via een proeffabriek op te schalen naar industriële schaal: testen of
productieproces op middelgrote schaal goed verloopt en beheersbaar blijft bij
verstoringen of calamiteiten.
> Testen van bv. het rendement van proces, energieverbruik, veiligheid,
vervuiling.
De echte fabriek
► Na verwerking van gegevens van de proeffabriek gaan de chemisch
technologen samen met economen kijken of de fabriek economisch rendabel kan
zijn.
► Als fabriek is opgestart, worden processen bediend door procesoperators die
de gehele status van het proces kunnen overzien en zo nodig bijregelen.
Blokschema’s (Zie alle voorbeeldopgave’s!)
► Elk proces kan vereenvoudigd worden weergegeven in een processchema of
blokschema.
► In elk blok wordt de procesnaam van een reactie of proces weergegeven.
Vaak worden blokken ook gebruikt voor processen, zoals scheidingsprocessen.
> In procesblok worden soms ook de reactieomstandigheden vermeld
(temp., druk).
► Stofstromen worden met pijlen aangegeven, terwijl boven of onder de pijlen
de stoffen in woorden of formules worden vermeld.
► Als niet-gereageerde beginstoffen elders weer in het proces worden ingevoerd,
is er sprake van recirculatie.
► Binas 38B1, B2, B3: grafische symbolen voor industriële processen +
voorbeeldblokschema’s.
Procestypen Batch Continu
► Batchproces wordt vaak toegepast bij kleinere Kleurstoff Polymeren
hoeveelheden. en (kunststoffen)
Medicijne Etheen,
► Continuproces wordt vaak toegepast bij als er
n propeen
grotere hoeveelheden vloeistoffen of gassen Pesticiden Ammoniak
continu moeten worden verwerkt. Verven Zwavelzuur
Batchproces
► Bij batchproces wordt het reactievat gesloten en met de benodigde
grondstoffen gevuld.
, ►Na afloop van de reactie wordt het reactievat geleegd -> reactiemengsel wordt
verder verwerkt en het geleegde reactievat wordt hergebruikt.
► Veel arbeidskracht nodig: weinig geautomatiseerde handelingen.
► Batchproces vindt vooral plaats in de fijnchemie (bv. farmaceutische
industrie, verfindustrie) waarbij kleinere hoeveelheden onder nauwkeurig
bepaalde omstandigheden moeten worden gemaakt.
► Minder geschikt voor sterk exotherme reacties: vrijkomende warmte kan niet
goed worden afgevoerd.
► Wel geschikt voor langzaam verlopende reacties, omdat de verblijftijd hoog
kan zijn.
Continuproces
► Continuproces wordt vooral in bulkchemie toegepast, waarbij grotere
hoeveelheden moeten worden geproduceerd en waarbij de zuiverheid van de
stoffen en nauwkeurigheid van de procesomstandigheden van minder groot
belang zijn.
► Gaat 24/7 door en er vindt constante aan- en afvoer van stoffen plaats.
► Voor vloeistoffen wordt meestal een continu geroerde tankreactor (CSTR)
gebruikt en voor gassen meestal een buisreactor: mengen gemakkelijker en
kunnen veel sneller worden doorgevoerd.
► Reactieomstandigheden voor gassen kunnen veel extremer zijn: hoge druk en
temperatuur.
► Eén of meerdere reactievaten die vaak voor slechts één proces bruikbaar zijn,
omdat tijdens doorvoer van de reactanten de procesinstellingen voor bepaald
proces op elkaar moeten zijn afgestemd.
► Geautomatiseerd proces: temp. en druk worden bijgestuurd zodat proces niet
uit de hand loopt.
Batch- of continuproces?
► Batchproces is goedkoper dan continuproces (machines), maar een fabriek
met een continuproces kan per ton geproduceerd product goedkoper zijn door
grote hoeveelheden.
► Veel reacties in de industrie zijn in evenwicht -> na de reactie blijven vaak
grote hoeveelheden beginstoffen over. Om deze in continuproces her te
gebruiken zijn snelle scheidingprocessen nodig. De scheidingsprocessen zijn ook
nodig om evenwichtsreacties meer de gewenste kant op te laten verlopen en
producten uit een reactieproces te zuiveren van ongewenste bijproducten.
Batch Continu
Voordelen Nadelen Voordelen Nadelen
Lage Alleen bruikbaar bij Bruikbaar voor Hoge
investeringskosten kleine grotere investeringskosten
hoeveelheden hoeveelheden
Reactor kan voor Veel personeel Weinig personeel Reactor kan slechts
meerdere nodig nodig voor 1 proces
processen worden worden gebruikt
gebruikt
Reacties hebben Exotherme reacties Exotherme reacties Rendementen zijn
vaak hoge moeilijk in de hand goed in de hand te vaak middelmatig
rendementen te houden houden
Goed Slecht Processen kunnen Minder
gecontroleerde automatiseerbaar, goed gecontroleerde
omstandigheden wel controleerbare geautomatiseerd in omstandigheden ->
voor nauwkeurig omstandigheden de hand worden minder nauwkeurig
