Vraag 11Zwavelproductie
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?
- Lees in de tekst welke stoffen R2 verlaten en welke daarvan nog niet zijn omgezet.
- Bedenk wat er met het mengsel gebeurt in S1 en welke stromen daaruit komen.
- Denk na over waar het water in de warmtewisselaar vandaan komt en waar het heen gaat.
- Zet daarna R3 in het schema met de stromen die er in en uit gaan.
Hier verliezen leerlingen punten
- Zet bij elke pijl de stof erbij, want een pijl zonder stofnaam levert geen punten op.
- Geef bij de warmtewisselaar zowel de warme als de koude waterstroom aan, anders mis je een punt.
- Laat R3 niet losstaan, maar verbind hem met de stromen die er echt in en uit gaan.
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
De vraag als tekst
Zwavel is een belangrijke grondstof voor onder andere de productie van zwavelzuur. Vroeger werd zwavel gedolven uit sulfaat-ertsen, maar tegenwoordig wordt vrijwel alle zwavel geproduceerd uit H S , een product 2 dat vrijkomt bij de verwerking van aardolie. De omzetting van H S tot zwavel vindt plaats via het claus-proces. In het 2 claus-proces verlopen twee reacties. 2 H S (g) + 3 O (g) → 2 SO (g) + 2 H O (g) (reactie 1) 2 2 2 2 3 2 H S (g) + SO (g) S (g) + 2 H O (g) (reactie 2) 2 2 x 2 x De waarde van x is hierin alleen afhankelijk van de temperatuur. Op de uitwerkbijlage bij vraag 11 is een deel van een claus-installatie weergegeven. In reactor 1 (R1) wordt H S onvolledig omgezet volgens 2 reactie 1. In R1 verloopt ook al deels reactie 2. Om het H S verder om te zetten tot S volgens reactie 2 is een volgende 2 x reactor (R2) nodig. In R2 verloopt alleen reactie 2. Door het gebruik van een katalysator in R2 kan het evenwicht van reactie 2 zich snel instellen. Om in het totale proces uiteindelijk een hoge omzettingsgraad van H S 2 naar zwavel te verkrijgen, wordt de zuurstoftoevoer in R1 zodanig geregeld dat de molverhouding H S : O bij de invoer in R1 2 : 1 is. 2 2
Een betrekkelijk kleine claus-installatie verwerkt per dag 20 ton H S . 2 Lucht bevat 20,9 volume-% zuurstof.
Reactie 2 blijkt een bijzondere reactie te zijn. Omdat de waarde van x afhangt van de temperatuur, heeft de reactiewarmte van reactie 2 geen constante waarde. Dit wordt veroorzaakt doordat de vormingswarmtes van S en S niet gelijk zijn. De vormingswarmte van S is gelijkgesteld 2 8 8 aan nul. De vormingswarmte van S is +1,28·10 5 J mol –1 . 2
Het verband tussen de omzettingsgraad en de temperatuur in R2 van een claus-installatie is onderzocht bij temperaturen boven 100 °C . In de figuur zijn de resultaten van de metingen weergegeven. De omzettingsgraad is in deze opgave gedefinieerd als het percentage H S dat wordt omgezet tot S . Behalve de omzettingsgraad is in de figuur 2 x ook de gemiddelde waarde van x in S weergegeven. x figuur Uit de figuur kan worden afgeleid of de reactie naar rechts van reactie 2 endotherm of exotherm is in het temperatuurgebied waar x > 6 .
De normen voor de maximale uitstoot van H S en SO zijn bijzonder 2 2 streng. Men streeft met het claus-proces dan ook naar de maximale omzettingsgraad.
De energie die in R1 vrijkomt, wordt door het gebruik van warmtewisselaars voor een groot deel elders in het proces gebruikt als bron van energie. In de warmtewisselaars wordt gebruikgemaakt van water om energie op te nemen of af te staan. Na R2 is er geen zuurstof meer aanwezig in het gasmengsel. In scheidingsruimte 1 (S1) wordt een deel van de gevormde zwavel gescheiden van de rest van de stoffen. Om de omzettingsgraad van H S 2 en SO nog verder te vergroten, wordt het mengsel in een 2 warmtewisselaar weer verwarmd en in een volgende reactor (R3) geleid. In R3 verloopt dezelfde reactie als in R2. Na R3 zijn alle zwavelhoudende stoffen nog steeds niet volledig omgezet.
Maak op de uitwerkbijlage het blokschema compleet. − Teken R3, S1 en de tweede warmtewisselaar. − Teken ontbrekende pijlen en de ontbrekende stoffen bij deze pijlen. Gebruik hierbij S als notatie voor zwavel. x − Geef bij elke warmtewisselaar aan welke waterstroom warm is en welke koud.