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 Test - techn. Prinzipien bei chemischen Prozessen

Welche der folgenden Aussagen sind richtig?


1)   Im Chemieunterricht arbeiten wir bei chemischen Reaktionen mit kleinen Mengen. Im industriellen bzw. technischen Maßstab laufen die chemischen Prozesse anders ab. Wie bezeichnet man die Arbeitsweise bei chemisch-technischen Prozessen

a)  Die Arbeitsweise bei chemisch-technischen Prozessen (im Industriemaßstab) bezeichnet man als eine kontinuierliche Arbeitsweise. Das heißt chemisch-technische Prozesse laufen meist im kontinuierlichen Betrieb, so werden die Edukte ständig zugeführt und Produkte entnommen.

b)  Die Arbeitsweise bei chemisch-technischen Prozessen (im Industriemaßstab) bezeichnet man als eine diskontinuierliche Arbeitsweise

 

2)   Was sind die Ziele von chemisch-technischen Verfahren im industriellen Einsatz

a)  Diese Verfahren sollen bei einem möglichst minimalen Energieverbrauch einen möglichst vollständigen Stoffumsatz der Edukte gewährleisten

b)  Diese Verfahren sollen bei einem möglichst hohen Drücken und niedrigen Temperaturen durchgeführt werden
 
 

3)  Nehmen wir nun einen wichtigen großtechnischen Prozess, die Ammoniak-Synthese nach Haber-Bosch. Bei diesem Verfahren werden Stickstoff und Wasserstoff zu Ammoniak umgesetzt. Wie läuft dieser Prozess ab und wie wird dieser Prozess deshalb bezeichnet?

a)   Bei dem Haber-Bosch-Verfahren werden Wasserstoff und Stickstoff bei hoher Temperatur und hohem Druck mithilfe von Katalysatoren zu Ammoniak umgesetzt. Bei dieser Reaktion werden die Edukte vollständig zu dem Produkt Ammoniak umgesetzt. Man bezeichnet dieses Prinzip daher als diskontinuierlich.

b)    Bei dem Haber-Bosch-Verfahren werden Wasserstoff und Stickstoff bei hoher Temperatur und hohem Druck mithilfe von Katalysatoren zu Ammoniak umgesetzt. Bei dieser Reaktion werden die Edukte nicht vollständig zu dem Produkt Ammoniak umgesetzt, es handelt sich hier um eine Gleichgewichtsreaktion. Daher trennt man das Produkt Ammoniak aus dem Reaktionsgemisch ab. Die nicht umgesetzten Edukte werden kontinuierlich wieder dem Reaktor zugeführt. Daher wird dieses Prinzip auch als Kreislaufprinzip bezeichnet

 

4)  Jede chemische Synthese (bzw. die "Ausbeute" an Produkten) lässt sich durch die Reaktionsbedingungen wie Temperatur oder Druck steuern. Wie ist das beim Haber-Bosch-Verfahren?

a)  Das Haber-Bosch-Verfahren, also die Bildung von Ammoniak, ist eine exotherm Reaktion und verläuft unter Volumenabnahme (3H2 + N2 <=> 2NH3). Bei chemischen Reaktionen lässt sich das Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwanges anwenden). Nach diesem Prinzip begünstigen (in der Theorie) eine niedrige Temperatur und ein hoher Druck die Bildung von Ammoniak.

b)  Das Haber-Bosch-Verfahren, also die Bildung von Ammoniak, ist eine exotherm Reaktion und verläuft unter Volumenabnahme (3H2 + N2 <=> 2NH3). Bei chemischen Reaktionen lässt sich das Prinzip von Le Chatelier (Prinzip des kleinsten Zwanges anwerden). Nach diesen Prinzip begünstigen (in der Theorie) eine hohe Temperatur und ein niedriger Druck die Bildung von Ammoniak.
 
 

5)  Wie lässt sich ein chemischer-technischer Prozess noch beeinflussen?

a)  Ein chemisch-technischer Prozess lässt sich auch durch die Zugabe eines Katalysators beeinflussen. Durch die Zugabe eines Katalysators wird die Aktivierungsenergie der Reaktion herabgesetzt wodurch das Gleichgewicht der Reaktion auf die Seite der Produkte verschoben wird, d.h. die Ausbeute an Produkten steigt.

b)  Ein chemisch-technischer Prozeß lässt sich auch durch die Zugabe eines Katalysators beeinflussen. Durch die Zugabe eines Katalysators wird die Aktivierungsenergie der Reaktion herabgesetzt, wodurch die Reaktion schneller verläuft und schneller den Gleichgewichtszustand erreichen. Eine Zugabe eines Katalysators verschiebt nicht das Gleichgewicht einer Reaktion,
 
 

6)  Nach dem Prinzip des kleinsten Zwanges würden eine niedrige Temperatur und ein hoher Druck die Bildung von Ammoniak beim Haber-Bosch-Verfahren begünstigen. In technischen Verfahren wird aber ein hoher Druck und hohe Temperatur verwendet. Warum?

a)  Dies liegt daran, dass bei niedrigen Temperaturen die Reaktionsgeschwindigkeit sehr klein, da Stickstoff aufgrund seiner Dreifach-Bindung (im Molekül) sehr reaktionsträge ist. Zusätzlich sind die technisch notwendigen bzw. geeigneten Katalysatoren erst oberhalb 400 °C wirksam, daher wird eine hohe Reaktionstemperatur in "Kauf" genommen (der Prozess würde sonst sehr lange dauern)

b)  In dem Haber-Bosch-Verfahren wird ein hoher Druck eingestellt, der die Bildung von Ammoniak begünstigt. Die hohe Reaktionstemperatur ist aber nicht gewollt bzw. eingestellt, sondern ist ein Resultat der exothermen Reaktion. Bei der Reaktion wird entsprechend viel Wärme frei

 

7)  Bei einigen chemisch-technischen Prozessen verwendet man das sogenannte Gegenstromprinzip. Was kann man sich darunter vorstellen?

a)   Das Gegenstromprinzip ist eine kontinuierliche Arbeitsweise. Im Rahmen des Gegenstromprinzips unterscheiden wir den stofflichen & thermischen  Gegenstrom. Im Gegenstromprinzip werden die Stoffe im Gegenstrom aneinander vorbei geführt. Hierdurch erfolgt ein Stoffaustausch, der für eine bessere Durchmischung des Stoffgemisches sorgt. Im Rahmen des thermischen Gegenstromprinzips nutzt man -wenn möglich- die Reaktionswärme (durch Wärmeaustausch). So spart man sich beispielsweise das "Vorwärmen" von Edukten

b)  Das Gegenstromprinzip ist eine diskontinuierliche Arbeitsweise. Das heißt wir haben einen Reaktor, an dem auf der einen Seite die Edukte zugeführt werden und auf der anderen Seite die Produkte entnommen werden
 
 

 

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