Vraag 9Beitsvloeistof recyclen
Uitwerkbijlage
Print de uitwerkbijlageDeze vraag beantwoord je op de uitwerkbijlage. Print hem en vul hem in, of neem de figuur over op papier. Stuur daarna een foto van wat je hebt ingevuld.
Schreef je op papier? Maak een foto van de ingevulde uitwerkbijlage. Je foto blijft privé en de nakijker leest hem. Zet je naam er niet op.
Hoe pak je dit aan?
- Bekijk eerst per stap welke stoffen erin gaan en welke eruit komen.
- In de tekst staat welke reactie in elke reactor plaatsvindt, dus welke stoffen daarbij nodig zijn en ontstaan.
- Bij de pre-concentrator helpt het om te denken aan wat er verdampt en wat vloeibaar blijft.
- Vul de nummers in pas nadat je alle pijlen hebt getekend, en controleer per pijl of de stof klopt.
Hier verliezen leerlingen punten
- Vergeet niet dat ook gassen en damp uit een stap kunnen komen, niet alleen vloeistoffen.
- Let op dat je een nummer die meer dan één keer mag gebruiken ook op alle plekken zet waar het hoort.
- Zet bij een pijl de stof die daar werkelijk doorheen gaat, en niet een stof die alleen in de tekst voorkomt.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Bij het maken van plaatstaal wordt beitsvloeistof gebruikt. Na gebruik bevat deze waterige vloeistof Fe 2+ -ionen, H + -ionen en Cl – - ionen. In deze opgave worden twee processen beschreven waarmee gebruikte beitsvloeistof wordt gerecycled: het proces van New Zealand Steel (proces A) en het proces van SMS Siemag (proces B). In beide processen wordt gebruikte beitsvloeistof omgezet tot onder andere Fe 3+ - ionen en HCl -gas. Proces A Het bedrijf New Zealand Steel maakt gebruik van een vortexreactor. Zie figuur 1. Een vortexreactor is een reactor waarin een ronddraaiende stroom van gassen (een vortex) aanwezig is. De reactor wordt verwarmd met behulp van gasbranders. De gebruikte beitsvloeistof wordt via vernevelaars van boven in de reactor gebracht bij een temperatuur van minimaal 350 °C . Hierdoor verdampt het water waarin de ionen zijn opgelost en ontstaan vast FeCl en gasvormig HCl . Het vaste FeCl 2 2 reageert vervolgens in de vortexreactor tot Fe O , wat aan de onderkant 2 3 van de reactor wordt afgevoerd en opgeslagen. HCl en stoom verlaten de vortexreactor aan de bovenkant en worden opgevangen. figuur 1
De omzetting van FeCl tot Fe O verloopt volgens reactie 1. 2 2 3 4 FeCl (s) + 4 H O (g) + O (g) → 2 Fe O (s) + 8 HCl (g) (reactie 1) 2 2 2 2 3 Reactie 1 verloopt zeer snel onder de omstandigheden in de reactor.
Reactie 1 is exotherm.
Proces B Het proces van SMS Siemag vindt plaats in drie stappen en is op de uitwerkbijlage onvolledig en schematisch weergegeven: Stap 1: De gebruikte beitsvloeistof wordt verwarmd tot 70 °C in een pre-concentrator. Hierdoor verdampt een deel van het water en een deel van het opgeloste HCl . Deze gassen worden naar een opvangvat geleid. Een geconcentreerde oplossing van Fe 2+ -ionen, H + -ionen en Cl – -ionen stroomt naar reactor 1 (R1). Stap 2: In R1 reageren alle Fe 2+ -ionen met zuurstof volgens reactie 2, bij een temperatuur van 150 °C en een druk van 7 bar . 12 Fe 2+ (aq) + 3 O (g) → 8 Fe 3+ (aq) + 2 Fe O (s) (reactie 2) 2 2 3 Stap 3: De ontstane suspensie wordt in reactor 2 (R2) geleid bij een temperatuur van 170 °C . Hier verdampt nog meer water. Ook treedt reactie 3 op: 2 Fe 3+ (aq) + 6 Cl – (aq) + 3 H O → 6 HCl (g) + Fe O (s) (reactie 3) 2 2 3 Vast Fe O wordt onder in R2 afgevoerd en opgeslagen. Alle 2 3 overige H + -ionen en Cl – -ionen verlaten R2 als HCl -gas. Alle gasvormige stoffen worden naar het opvangvat geleid.
Op de uitwerkbijlage is proces B in een onvolledig blokschema weergegeven.
Maak het blokschema op de uitwerkbijlage compleet. − Neem aan dat er na stap 2 geen zuurstof en geen Fe 2+ meer overblijft. − Teken de pijlen van de ontbrekende stofstromen. − Noteer de nummers van de volgende stoffen en/of deeltjes bij de juiste pijlen: 1 HCl -gas 2 Fe O 2 3 3 Fe 2+ -ionen 4 Fe 3+ -ionen 5 waterdamp 6 oplossing met H + en Cl – 7 zuurstof − Sommige nummers moet je meer dan één keer gebruiken.