Kenniskaart - Proceschemie

Begrippen

Bij proceschemie wordt het verloop van een chemisch proces in de industrie bestudeerd. Hierbij is een aantal zaken belangrijk:

• Zuiverheid van de uitgangsstoffen
• Ontstaat alleen het product of zijn er nevenreacties mogelijk?
• Kan het product  verder reageren?
• Snelheid van de reactie.
• Betreft het een aflopende of evenwichtsreactie?
• Scheidingsmethoden om het product te zuiveren.

Het proces wordt weergegeven in een blokschema, waarbij reacties en/of scheidingen in een blok staan en tussen de blokken met lijnen de stofstromen worden aangegeven.
Bij de scheiding worden ook de uitgangsstoffen die nog niet hebben gereageerd teruggevoerd in de reactor via een recirculatielus.

 

Bij een batchproces wordt de proef uitgevoerd zoals in een laboratorium, alleen op grote schaal. Alles wordt bijeengevoegd in een reactor bij de juiste omstandigheden. Nadat het zoveel mogelijk heeft gereageerd, wordt het uit de reactor verwijderd en eventueel gezuiverd. Vervolgens kan men de volgende batch (lading) maken.
Toepassing vindt plaats bij kleine hoeveelheden product in de fijnchemie en farmaceutische industrie.

Bij een continu proces vindt er een constante aanvoer en afvoer van uitgangsstoffen en producten plaats. De niet gereageerde stoffen worden met een recirculatielus teruggevoerd naar de reactor.
Toepassing vindt plaats bij grote hoeveelheden product.

Er zijn verschillende typen reactoren:

• Geroerde tankreactor
• Buisreactor ( deze kan door een dubbele wand gekoppeld zijn aan een warmtewisselaar, waardoor er energie-efficiënter wordt gewerkt)
• Fluid-bedreactor ( deze zorgt voor een groter contactoppervlak tussen de reagerende stoffen)
• Microreactor ( deze speelt een grote rol in de groene chemie, omdat voor kleine hoeveelheden product een microreactor energie-efficiënter is en minder gevaarlijk)

De keuze van de reactor hangt af van:

• snelheid van de reactie en de hoeveelheid product
• homogeen of heterogeen systeem
• warmte overdracht in de reactor
• veiligheidsfactoren

Bij het zuiveren van het mengsel dat is ontstaan na de reactie, worden er allerlei scheidingsmethoden toegepast. Hierbij horen de methodes: filtreren, destilleren, extraheren, adsorberen en chromatograferen.
In de groene chemie komen ook nieuwe scheidingsmethoden op zoals:

• selfseparation, waarbij door een kleine verandering in de omstandigheden ( b.v. concentratie afname of temperatuurverandering) een stof opeens neerslaat.
• Membraanscheiding, die stoffen scheidt op grond van de selectiviteit van de doorlaatbaarheid van het membraan.

Bij ieder proces zal de massa van de in de reactor instromende stoffen hetzelfde zijn als de massa van de uitstromende stoffen. Met behulp van deze wet van massabehoud kan voor ieder proces in het blokschema de massabalans per reactor worden vastgesteld.
Zo kan men berekenen hoeveel stof toegevoegd moet worden per tijdseenheid.