1. Stofstromen

Samenvatting voor scheikunde: Stofstromen

Industriële processen

Wat zijn industriële processen? In industriële processen worden er stoffen en producten gemaakt door middel van chemische reacties. Dit verloopt in verschillende stappen. Tegenwoordig gebeuren al deze stappen vaak automatisch. Zo heb je in de procesindustrie, zoals dit heet, chemische, bio-chemische, mechanische en fysische processen. 

Fijnchemie en bulkchemie

Over het algemeen kun je in de chemische procesindustrie een duidelijk onderscheid maken wat betreft het doel van de processen. Zo kun je onderscheid maken tussen fijnchemie en bulkchemie. Bij fijnchemie bestaan de processen uit meerdere verschillende ingewikkelde reacties. Er ontstaan uit dit soort fijnchemie processen vooral eindproducten in kleinere hoeveelheden. Het doel waar je hierbij aan kunt denken is bijvoorbeeld de farmaceutische industrie, waarin medicijnen worden gemaakt. 

Bij bulkchemie zijn de processen juist gefocust op het produceren van hele grote hoeveelheden van één soort product. Dat is bij andere grootschalige product fabricaties juist weer voordelig te gebruiken en komt veel voor.

Stofstromen

Om meer inzicht te krijgen in een industrieel proces zullen we nu een aantal belangrijke kenmerken doorlopen. We gaan als eerste eens even kijken naar een paar belangrijke stofstromen die je terug zal zien in de procesindustrie. Een stofstroom houdt over het algemeen de richting waarin het proces verloopt in, zoals bijvoorbeeld de manier waarop een beginstof tussen verschillende ruimtes beweegt. In een ruimte kan een proces of handeling plaatsvinden. 

Soorten stoffen die voorkomen in de stofstromen

Elk proces begint natuurlijk met één of meerdere beginstoffen. Dat noem je de grondstoffen. De grondstoffen vormen de eerste stofstroom. Het doel van een industrieel proces is dan ook om een product te maken van deze grondstoffen. Om vervolgens iets te produceren met de grondstoffen, is echter meer nodig. Hulpstoffen zijn stoffen die nodig zijn voor de bewerking van een product en die uiteindelijk niet zelf in het product voorkomen. Deze kunnen ook een stofstroom vormen. Er kunnen bijvoorbeeld bepaalde stoffen zijn die een chemisch proces zo beïnvloeden dat het proces sneller of trager verloopt. Daarbij hoeven de hulpstoffen zelf soms helemaal niet te veranderen in het proces waaraan ze meedoen.

Bij de processen kan er ook een stofstroom zijn van afvalstoffen. Afvalstoffen kunnen ontstaan tijdens chemische processen en hebben verder geen economische waarde, doordat er verder niets meer mee gemaakt kan worden. Deze worden dus afgevoerd en weggegooid. Bijproducten zijn daarentegen producten die op dezelfde manier kunnen ontstaan als afvalstoffen tijdens zulke processen, maar die wel economische waarde hebben. Deze stoffen kunnen later nog gebruikt worden als bijvoorbeeld een grondstof voor een ander proces. Hier zullen we later op terugkomen.

Daarnaast kunnen er ook tussenproducten ontstaan tijdens een industrieel proces. Deze worden gedurende het proces tijdelijk ergens opgeslagen, zodat ze in een later stadium weer deel kunnen nemen aan een proces en kunnen worden bewerkt. De uiteindelijke stofstroom geeft het eindproduct van processen. Eventueel kan het eindproduct ook nog een halffabricaat zijn. Een halffabricaat is een eindproduct dat later nog kan worden bewerkt in bijvoorbeeld een andere fabriek. 

Ruimtes van een chemisch proces

Om een beeld te krijgen van zo’n proces is het handig om te weten waar de stofstromen dan van en naar toe lopen. Dat zijn ruimtes, waaronder bijvoorbeeld een scheidingsruimte of een reactor. Een chemische reactor is een ruimte of een soort vat waarin chemische reacties met stoffen kan plaatsvinden. Een reactor kan specifiek zijn ontworpen voor één soort proces of voor meerdere processen. Een scheidingsruimte kan gebruikt worden om, zoals je waarschijnlijk wel kan raden, stoffen van elkaar te scheiden. Goed om te weten is dat door middel van de stofstromen en ruimtes een proces makkelijk weergeven kan worden in een blokschema. Dit wordt in een volgend filmpje helder uitgelegd.

Onderscheid continu- en batchprocessen 

Nu je wat beter begrijpt en voor je ziet hoe een industrieel proces er aan toe gaat, gaan we tot slot wat meer in op de soorten processen die er bestaan. Deze soort processen verschillen in het stapsgewijze verloop van de processen. We bespreken eerst continu processen en daarna batchprocessen.

Continu processen

Continu processen zijn processen waarbij er zonder onderbreking, dus continu, producten worden geproduceerd. Vaak is een reactor bij zulk soort processen ontworpen op één specifieke soort reactie. Deze reactie kan non-stop plaatsvinden door een continue aanvoer van grondstoffen en afvoer van producten. Ook de stoffen die niet hebben gereageerd worden afgevoerd en kunnen door middel van recirculatie teruggevoerd worden naar de reactor, om hier opnieuw deel te nemen aan een reactie. Vaak zijn continu processen geautomatiseerd.

Batches en batchprocessen

Bij batchprocessen worden er telkens losse ladingen, oftewel batches, geproduceerd in een reactor. Een beginstof wordt in een reactor gedaan en nadat de reactie volledig heeft plaatsgevonden, worden alle reactieproducten uit de reactor gehaald. Zo wordt er plaats gemaakt voor de volgende lading beginstoffen en wordt een volgende batch in de reactor gemaakt.

Duurzaamheid van de processen

Zoals je je vast kunt inbeelden, zijn batchprocessen in vergelijking minder efficiënt dan continu processen in het gebruik van grondstoffen en energie, en dus minder duurzaam. Continu processen worden dan ook voornamelijk gebruikt in bulkindustrie. Batchprocessen zijn iets gewoonlijker bij fijnchemie, waar slechts kleine hoeveelheden van producten worden gemaakt.

Waar het mogelijk is, is het het gunstigst om continu processen te gebruiken. Deze kunnen namelijk volgens een ingestelde standaard simpelweg automatisch verlopen en kunnen daarbij geoptimaliseerd worden om zo efficiënt mogelijk te werken. Echter: het bouwen van de hele installaties voor automatische continu processen is wel heel duur. Hierdoor vinden er toch alsnog vaak batchprocessen plaats in de meeste industriële fabrieken.