PRODUCTIETECH_H1_SAMENVATTING (pdf)-merged.pdf

## 1. Inleiding tot Industriële Productietechnologie ### 1.1 Duurzaamheid en Maatschappelijk Verantwoord Ondernemen Duurzame ontwikkeling, zoals gedefinieerd door Gro Harlem Bründtland, streeft ernaar te voldoen aan de behoeften van de huidige generatie zonder de kansen van toekomstige generaties te ondermijnen. Dit wordt vaak gevat onder maatschappelijk verantwoord ondernemen, gebaseerd op drie pijlers: 'People' (sociaal-maatschappelijk), 'Planet' (ecologisch) en 'Profit' (economisch, ook wel 'Prosperity' genoemd). De huidige focus ligt op een heruitvinding van processen met minimale druk op het leefmilieu, zowel aan de input- als aan de outputzijde. De Verenigde Naties stellen zeventien duurzaamheidsdoelstellingen (SDG's) voorop [1](#page=1). ### 1.2 Innovatie en Nieuw Industrieel Beleid Innovatie is een cruciale marketingeigenschap die de competitiviteit verhoogt en vereist onderzoek en ontwikkeling (R&D). Een nieuw industrieel beleid richt zich op vier pijlers voor een sterke economie [1](#page=1): 1. Energiezuinigheid en hernieuwbare energiebronnen. 2. Duurzaam beheer van grondstoffen. 3. Exploratie van internationale afzetmarkten en mondiaal denken. 4. Inzet op innovatieve technologie [1](#page=1). ### 1.3 Omschrijving en Situering van Productietechnologie Productietechnologie definieert men als de systematische toepassing van wetenschappelijke kennis en inzichten om de behoeften en verlangens van een maatschappij te voorzien in de vorm van goederen en diensten. Productie speelt in op maatschappelijke behoeften, waarbij technologie de oplossing biedt door wetenschap te vertalen in concrete toepassingen. Een product is alles wat tegen een bepaalde prijs op de markt gebracht kan worden om aan een maatschappelijke behoefte te voldoen [1](#page=1). * **Goederen:** Tastbare zaken, onderverdeeld in kapitaalgoederen (door bedrijven gebruikt voor productie, bv. machines) en consumptiegoederen (door consumenten gekocht) [1](#page=1). * **Diensten:** Niet-tastbare zaken, zoals onderwijs of veiligheid [1](#page=1). Technologisch gezien omvat productietechnologie de omzetting van startmateriaal in meer verwerkte producten door mechanische, fysische of chemische processen, waarbij vaak bijproducten en afval ontstaan. Economisch gezien gaat het om het creëren van toegevoegde waarde, waarbij de marktwaarde van het product gedurende het proces stijgt [2](#page=2). #### Sectoren van Economische Activiteit: 1. **Primaire sector (agrarisch):** Levert grondstoffen en voedsel (bv. landbouw, visserij) [2](#page=2). 2. **Secundaire sector (industrieel):** Converteert grondstoffen naar goederen (bv. fabrieken) [2](#page=2). 3. **Tertiaire sector:** Commerciële dienstensector [2](#page=2). 4. **Quaternaire sector:** Niet-commerciële diensten (bv. onderwijs, door overheid gesubsidieerd) [2](#page=2). De NACE (Nomenclature Statistique des Activités Économiques dans la Communauté Européenne) classificatie orden de economische activiteiten binnen de EU, met een hiërarchische indeling in secties, afdelingen, groepen en klassen. Wereldwijd wordt dit overkoepeld door ISIC (International Standard Industrial Classification) [2](#page=2). ### 1.4 Historische Context van Productietechnologie De ontwikkeling van productietechnologie kent verschillende industriële revoluties: * **1e Industriële Revolutie (ca. 1780):** De uitvinding van de stoommachine door James Watt markeerde het begin van industrieel produceren en de opkomst van de mechanische industrie, als vervanging van ambachtelijk produceren. Dit leidde tot een capaciteitsverhoging door de organisatie van productie en machines [3](#page=3). * **2e Industriële Revolutie (eind 19e - begin 20e eeuw):** Gekenmerkt door elektrificatie, de verbrandingsmotor, de vervanging van ijzer door staal en de opkomst van aardolie en stoomturbines, wat massaproductie mogelijk maakte [3](#page=3). * **3e Industriële Revolutie (vanaf 1970):** De opkomst van de computer en automatisering, gekoppeld aan revoluties in ruimtevaart, micro-elektronica en informatietechnologie, faciliterde globalisering en schaalvoordelen [3](#page=3). * **4e Industriële Revolutie (Industrie 4.0, 2000 - heden):** Digitale verbinding van fabrieken, machines en producten, resulterend in de 'smart factory' [3](#page=3). Verder is er een enorme toename in de nauwkeurigheid van productiebewerkingen en materiaalbehandelingen, wat leidt tot miniaturisatie. Microtechnologie (tot 100 µm schaal) en nanotechnologie (tot 100 nm schaal) zijn hier voorbeelden van. Biotechnologie, met toepassingen in landbouw, geneeskunde en industrie (witte biotech), is eveneens een opkomende studie [3](#page=3). ## 2. Produceren in een Industriële Omgeving ### 2.1 Productontwikkeling Productontwikkeling omvat zowel de productieplanning als het productontwerp [4](#page=4). * **Productplanning:** Identificeert maatschappelijke behoeften (marketingtaak), bepaalt marktintroductiemomenten, producteigenschappen, verwachte aantallen en doelprijsstellingen [4](#page=4). * **Productieontwerp:** Vormgeeft het idee met gedetailleerde ontwerpen (afmetingen, vorm, materiaal), technische tekeningen en computermodellen, rekening houdend met de benodigde technologische processen [4](#page=4). Het **programma van eisen** verzamelt alle stakeholdersverwachtingen en randvoorwaarden, vaak tegenstrijdig, en vereist het opstellen van een relatieschema tussen functies, materialen en processen [4](#page=4). #### Productlevenscyclus en Duurzaamheid Bij productontwikkeling moet rekening gehouden worden met de gehele productlevenscyclus, inclusief afvalverwerking (Design for Reuse/Recycling) en grondstoffenrecuperatie [4](#page=4). * **Technologisch:** Levenscyclusanalyse (LCA) evalueert materiaal- en energiestromen van begin tot einde. Het ideaal is 'cradle to cradle' of kringloopeconomie, waar 'waste = food' [4](#page=4) [5](#page=5). * **Economisch:** De productlevenscyclus kent vier fasen: ontwikkeling (monopolie), groei (eerste concurrenten), maturiteit (maximalisatie verkoop, standaardisatie, prijsconcurrentie) en vermindering (marktverzadiging, product uit markt gehaald) [5](#page=5). Er is een balans nodig tussen technologische haalbaarheid en economische levensvatbaarheid [5](#page=5). ### 2.2 Productie Technologisch Bekeken Productieprocessen zijn reeksen gebeurtenissen die ingangsproducten omzetten in gewenste uitgangsproducten met toegevoegde waarde. Men onderscheidt natuurlijke en technische productieprocessen [5](#page=5). #### Soorten Productieprocessen: 1. **Stuksproductie:** Productie per stuk, hoge kostprijs, klantgericht, unieke specificaties, arbeidsintensief [6](#page=6). 2. **Serieproductie:** Productie van meerdere eenheden, goedkopere machines voor grotere aantallen, minder klant-specifiek (met uitzondering van mass-customization) [6](#page=6). 3. **Flowproductie/Continue productie:** Stopt zelden, bulkproducten, enorme volumes, grote initiële investering, lage arbeidskosten, lage kostprijs [6](#page=6). **Eenheidsprocessen** vormen de technologische basis van productieprocessen. Procestechnologie bestudeert en optimaliseert deze. Opdeling in [6](#page=6): * **Mechanische bewerkingen:** Veranderen vorm en afmeting zonder het wezen van de stof te veranderen [6](#page=6). * **Fysische bewerkingen:** Veranderen toestand en eigenschappen (bv. temperatuur, aggregatietoestand) [6](#page=6). * **(Bio)chemische bewerkingen:** Veranderen chemische samenstelling via reacties in een reactor [6](#page=6). **Procesontwikkeling** omvat verschillende schalen: laboschaal (parameterstudie, rendementoptimalisatie) pilotschaal, proeffabriek en productiefabriek. Processen worden voorgesteld via blokschema's, stromingsschema's (PID) en materiaal- en energiebalansen [7](#page=7). ### 2.3 Productie Economisch Bekeken De kostprijs is cruciaal voor competitiviteit. De productieprijs van een onderdeel bestaat uit [8](#page=8): 1. **Uitvoeringskosten (KU):** Kosten per geproduceerd exemplaar (directe arbeid, machinekosten) [8](#page=8). 2. **Kosten voor herhaalopdracht (KHO):** Voorbereidende kosten per fabricageserie (bv. inrichting, administratieve werkvoorbereiding) [8](#page=8). 3. **Voorbereidingskosten (KVB):** Productgebonden kosten per totaalserie (bv. technische werkvoorbereiding, productgebonden uitrusting) [8](#page=8). 4. **Overheadskosten (FOF):** Indirecte kosten van ondersteunende afdelingen [8](#page=8). De productieprijs van een onderdeel uit serie i is: $$ K_{FI,i} = \frac{K_{U,i} + K_{HO,i}}{x_i} + \frac{K_{VB,i}}{y_i} \times F_{FOF} $$ Voor geassembleerde producten komen hier de kosten van de onderdelen en assemblagekosten bij [8](#page=8). De totale verkoopprijs ($K_V$) is: $$ K_V = K_{FI} \times F_{FOB} \times F_{FOV} $$ Hierbij komen bedrijfsoverheadkosten ($F_{FOB}$) en verkoopoverheadkosten ($F_{FOV}$). Winst wordt gerealiseerd door een winstfactor ($F_W$) toe te passen [9](#page=9). Kosten worden voor 80% bepaald in de productontwikkelingsfase [8](#page=8). ### 2.4 Productie Organisatorisch Bekeken Een productiesysteem is een complex van mensen en middelen gericht op het voortbrengen van producten [9](#page=9). #### Classificatie van Productiesystemen: 1. **Klantordergestuurd:** Gebaseerd op het Klantenorder OntkoppelPunt (KOOP) [10](#page=10). 2. **Seriegrootte:** Massaproductie, serieproductie, enkelstuks/projectproductie [10](#page=10). 3. **Plaats in bedrijfskolom:** Basis-, omzettings-, fabricage- en assemblagesystemen [10](#page=10). 4. **Inrichting productieafdelingen:** Lijnstructuur (massaproductie), departementale/afdelingsstructuur (serieproductie), celstructuur (serieproductie) [10](#page=10). #### Goederenstroombesturing: * **Voorraadgestuurd systeem:** Reagerend op waargenomen verbruik, decentraal [11](#page=11). * **Programmagestuurd systeem (MRP):** Voorspellend, centraal [11](#page=11). #### Organisatorische Indelingen: * **Hiërarchisch:** Lijnorganisatie, lijn-staf, functioneel, matrixorganisatie [11](#page=11). * **Opbouw productiestructuur:** Productgericht, procesgericht, geografisch, platte organisatie, lean production [12](#page=12). #### Rol van de Ingenieur: * **Ontwerpingenieurs:** Selecteren materialen en processen [12](#page=12). * **Procesingenieurs:** Coördineren en organiseren processen en apparatuur [12](#page=12). * **Materiaalingenieurs:** Ontwikkelen nieuwe materialen [12](#page=12). ### 2.5 Productkwaliteit Kwaliteit is de mate waarin een product voldoet aan het gestelde doel of de klantverwachtingen. Integrale kwaliteitszorg door alle productie- en kwaliteitsborgingsstappen [12](#page=12). #### Vuistregels voor Kwaliteit: 1. Elke werknemer is verantwoordelijk voor zijn eigen werk (responsabilisering) [13](#page=13). 2. Kwaliteitscriteria moeten duidelijk zijn [13](#page=13). 3. Traceerbaarheid van elke stap [13](#page=13). **Kwaliteitsmanagers** borgen de kwaliteit en stellen kwaliteitshandboeken op. **Accreditatie** (bv. ISO-normen) en **audits** door organisaties zoals BELAC garanderen naleving van normen. ISO-normen vereisen schriftelijke procedures, naleving ervan en registratie van handelingen. Kwaliteitssystemen leiden uiteindelijk tot kostenbesparing [13](#page=13). ### 2.6 Criteria voor Beoordeling Productiesysteem 1. **Productiekosten:** Inclusief eenmalige, herhaal- en uitvoeringskosten; afhankelijk van seriegrootte-effect [13](#page=13). 2. **Productiesnelheid:** Hoge snelheid leidt tot lage repetitieve kosten, vaak geautomatiseerd [13](#page=13). 3. **Flexibiliteit:** Aanpassingsvermogen aan nieuwe producten/aantallen [13](#page=13). 4. **Kwaliteit:** Producteigenschappen, prijs, levertijd, service; bepaald door nauwkeurigheid en grondstoffen. Uitvalsfractie (u) bepaalt rendement ($1-u$) [13](#page=13). 5. **Milieueffecten:** Voorkomen van schadelijke stoffen en effecten, beperking ervan. Ontwerp heeft grootste invloed. MET-factoren (Materiaal, Energie, Toxiciteit) zijn belangrijk [14](#page=14). #### Marktkenmerken: * Wereldmarkt, overcapaciteit, veeleisende klanten [14](#page=14). * Hoge productcomplexiteit, veel varianten, korte levenscycli, druk op kosten [14](#page=14). ### 2.7 Het Industrielandschap in België Ongeveer 25% van België is geïndustrialiseerd, met de metaal-, chemie- en levensmiddelenindustrie als belangrijkste sectoren qua toegevoegde waarde. Industriële kernen zijn onder andere Antwerpen (chemie), Brussel (consumptiegoederen), Gent (mix), en traditionele zware industrie in Wallonië (Charleroi, Luik). Industrieparken bevinden zich vaak aan transportknooppunten en aan de rand van steden [14](#page=14). #### Huidige Tendensen in België: * **Deïndustrialisering (tertiarisering):** Overdracht van activiteiten naar de dienstensector, gedreven door verhoogde vraag naar diensten en hogere productiviteitswinsten en concurrentie in de industrie [15](#page=15). * **Globalisering:** Door technologische vooruitgang, lagere transportkosten en informatie-uitwisseling, wat leidt tot mondiale concurrentie, productiviteitswinsten en een breder, goedkoper productengamma [15](#page=15). De Belgische industrie scoort gemiddeld binnen de EU, maar kent een overwicht aan chemie, relatieve afwezigheid in technologisch gerichte producten, specialisatie in halffabricaten en hogere energieafhankelijkheid [15](#page=15). ## 3. Materie en Grondstoffen ### 3.1 Structuur van Materie Materie is alles wat massa en volume heeft. Een materiaal is verwerkte materie. Kennis van de structuur van materie is essentieel om grondstoffen en materialen in te zetten en hun eigenschappen te begrijpen. Stoffen bestaan uit atomen, die zich binden via chemische bindingen. Stoffen worden geclassificeerd als anorganisch en organisch. Elementen zijn zuivere stoffen die niet ontbonden kunnen worden. Zuivere stoffen hebben een vaste chemische samenstelling. Mengsels kunnen heterogeen (zichtbaar opgebouwd) of homogeen (niet zichtbaar opgebouwd) zijn [16](#page=16). ### 3.2 Opbouw van het Atoom Een atoom bestaat uit een kern (protonen, neutronen) en een elektronenwolk (elektronen) [17](#page=17). * Atoomnummer ($Z$) = #protonen = #elektronen [17](#page=17). * Massagetal ($A$) = #protonen + #neutronen [17](#page=17). * Isotopen zijn atomen met hetzelfde atoomnummer maar verschillende neutronenaantallen [17](#page=17). Massa van protonen en neutronen is vergelijkbaar en significant groter dan die van elektronen. Het **massadefect** leidt tot de vrijgave van intra-atomaire bindingsenergie ($E=mc^2$) [17](#page=17). #### Atoommodel van Bohr en Kwantummechanica Bohr's model beschrijft elektronen in concentrische schillen rond de kern. Chemisch gedrag wordt bepaald door valentie-elektronen op de buitenste schil. De kwantummechanica beschrijft elektronen als golven en deeltjes, waarbij orbitalen de ruimte rond de kern voorstellen met de hoogste waarschijnlijkheid op aanwezigheid van een elektron [18](#page=18). #### Atoombindingen en Moleculen Atoombindingen, zoals ionbindingen (overdracht van elektronen) en covalente bindingen (delen van elektronenparen), ontstaan wanneer atomen streven naar een stabiele elektronenconfiguratie (edelgasconfiguratie). Covalente bindingen kunnen sigma ($\sigma$, lineaire overlap) of pi ($\pi$, zijdelingse overlap van p-orbitalen) zijn. **Hybridisatie** (bv. $sp^3$, $sp^2$, $sp$) verklaart moleculaire geometrie en bindingshoeken [19](#page=19) [20](#page=20) [21](#page=21). * **Ionbinding:** Tussen metalen en niet-metalen door elektrostatische aantrekking van ionen [20](#page=20). * **Covalente binding:** Tussen niet-metalen en metalloïden [20](#page=20). * **Metaalbinding:** Valentie-elektronen vormen een 'elektronengas' dat metalen bindt [22](#page=22). Bindingslengte en -sterkte zijn cruciaal voor materiaaleigenschappen [22](#page=22). ### 3.3 Elektronegativiteit en Intermoleculaire Krachten **Elektronegativiteit** beschrijft de mate waarin een atoom gedeelde elektronen naar zich toetrekt, wat leidt tot polaire covalente bindingen bij een verschil in elektronegativiteit ($\Delta EN$) [23](#page=23). **Intermoleculaire krachten** (secundaire krachten) treden op tussen moleculen: 1. **Dipool-dipoolkrachten (Keesom):** Tussen permanente dipolen [23](#page=23). 2. **Dipool-geïnduceerde dipoolkrachten (Debye):** Tussen een dipool en een geïnduceerde dipool [23](#page=23). 3. **Geïnduceerde dipool-geïnduceerde dipoolkrachten (London):** Tussen geïnduceerde dipolen [23](#page=23). 4. **Waterstofbruggen:** Een sterkere vorm van dipool-dipoolkrachten, essentieel in o.a. water [24](#page=24). Deze krachten beïnvloeden fysische eigenschappen zoals smelt- en kookpunt ('like dissolves like') [23](#page=23). ### 3.4 Aggregatietoestanden De aggregatietoestand (gas, vloeistof, vast) wordt bepaald door de balans tussen kinetische energie van moleculen en intermoleculaire aantrekkingskrachten [24](#page=24). * **Gassen:** Kinetische energie overheerst, intermoleculaire krachten verwaarloosbaar (Ideale gaswet: $PV=nRT$) [25](#page=25). * **Vloeistoffen:** Balans tussen kinetische en intermoleculaire krachten; beperkte samendrukbaarheid [25](#page=25). * **Vaste stoffen:** Intermoleculaire krachten domineren; deeltjes in een geordend patroon (kristallijn) of wanordelijk (amorf) [26](#page=26). Faseovergangen (smelten, koken, sublimeren) vereisen energie. Toestandsdiagrammen geven de fase afhankelijk van temperatuur en druk weer [28](#page=28). ### 3.5 Industriële Grondstoffen Primaire grondstoffen komen uit de natuur en worden ingezet voor productie of energie. Ze kunnen afkomstig zijn uit de atmosfeer, hydrosfeer, biomassa, natuurlijke energie-flows, of delfstoffen uit de aardkorst [30](#page=30). #### Soorten Delfstoffen: 1. **Magmatische/Stollingsgesteenten:** Ontstaan uit stolling van magma (bv. basalt, graniet) [30](#page=30). 2. **Sedimentaire gesteenten:** Ontstaan door erosie, transport en afzetting (bv. zandsteen, kalksteen) [31](#page=31). 3. **Metamorfe gesteenten:** Herkristallisatie onder hoge temperatuur/druk (bv. leisteen, marmer) [31](#page=31). Mineralen zijn de chemische bestanddelen van gesteenten. Silicon en zuurstof zijn de meest voorkomende elementen in de aardkorst [31](#page=31). #### Ontginning en Relevantie: Delfstoffen worden ontgonnen via dagbouw, schachtbouw of aanboring. Economische relevantie is groot voor industrie en landbouw. **Kritieke grondstoffen** zijn die met hoge economische waarde en tegelijkertijd een hoog aanbodrisico [32](#page=32). ## 4. Energie ### 4.1 Energieketen en Kwantificatie Energie is het vermogen om veranderingen te veroorzaken of arbeid te leveren. De energieketen omvat ontginning van primaire bronnen, conversie/distributie en eindconsumptie. Energie wordt gemeten in Joule (J), vermogen in Watt (W = J/s). Veelgebruikte eenheden zijn kWh, MJ, GJ, TJ [34](#page=34). #### Wetten van de Thermodynamica: * **Eerste wet (behoud van energie):** Energie kan niet gecreëerd of vernietigd worden, enkel omgezet. Perpetuum mobile van de eerste soort is onmogelijk [35](#page=35). * **Tweede wet:** Spontane processen streven naar minimale vrije energie en maximale entropie (wanorde); energiekwaliteit neemt af (exergie). Perpetuum mobile van de tweede soort is onmogelijk [35](#page=35). ### 4.2 Primaire Energiebronnen Primaire energiebronnen worden onderscheiden in fossiele brandstoffen (niet-hernieuwbaar) en nucleaire/hernieuwbare bronnen. Fossiele brandstoffen (aardolie, aardgas, steenkool) zijn gevormd uit organisch materiaal onder hoge druk en temperatuur [36](#page=36). #### Fossiele Brandstoffen: * **Aardolie:** Mengsel van koolwaterstoffen ($C_xH_y$ met $5 \le x \le 50$). Winning gebeurt via primaire, secundaire en tertiaire methoden [36](#page=36). * **Aardgas:** Lichtere koolwaterstoffractie, voornamelijk methaan ($CH_4$). Schoner dan steenkool of aardolie qua emissies. Transport/opslag: CNG, LNG [37](#page=37). * **Steenkool:** Afzettingen van plantenresten, geclassificeerd op basis van koolstofgehalte en hardheid (veen, bruinkool, steenkool, grafiet). Goedkoopste, maar meest vervuilende fossiele brandstof [37](#page=37). #### Nucleaire Energiebronnen: Gebruiken intra-atomaire bindingen, wat een veel hogere energieopbrengst per massa-eenheid geeft dan fossiele brandstoffen [38](#page=38). * **Kernsplijting (Fissie):** Zware atoomkernen splitsen in lichtere met energieverlies (massadefect). $E=mc^2$ [39](#page=39). * $ ^{235}\text{U} $ absorbeert een neutron, splijt in lichtere kernen en neutronen, met energie-afgifte en potentiële kettingreactie [39](#page=39). * Moderators remmen snelle neutronen af tot thermische neutronen voor effectieve splijting [39](#page=39). * Uraniumverrijking verhoogt de concentratie $ ^{235}\text{U} $ [39](#page=39). * **Kernfusie:** Twee lichte kernen smelten samen tot een zwaardere kern, met energieverlies. Vereist extreem hoge temperaturen en drukken (bv. in de zon). Potentieel veelbelovend vanwege brandstofbeschikbaarheid en minder radioactief afval [40](#page=40). #### Hernieuwbare Energiebronnen: Productiesnelheid is gelijk aan of groter dan de consumptiesnelheid [42](#page=42). * **Zonnestraling:** Energie van de zon, deels gereflecteerd (albedo), deels geabsorbeerd. Kan omgezet worden in warmte (zonneboilers) of elektriciteit (zonnecellen) [42](#page=42) [43](#page=43). * **Windenergie:** Ontstaat door zonne-energie en luchtstromingen; vermogendensiteit ($P$) is evenredig met de derde macht van de windsnelheid ($v^3$) [43](#page=43). * **Biomassa:** Organische grondstoffen van plantaardige of dierlijke oorsprong, omgezet via fotosynthese. Efficiëntie is laag (ca. 1%) [44](#page=44). * **Waterkracht:** Omzetting van potentiële energie naar kinetische energie via turbines en generatoren [45](#page=45). * **Geo(thermische) energie:** Warmte uit de aardbodem, gebruikt voor verwarming (ondiepe systemen) of elektriciteitsproductie (diepe systemen). Warmtepompen spelen een cruciale rol [47](#page=47). ### 4.3 Energieconversie Omzetting van primaire energiebronnen in energiedragers (bv. brandstoffen, elektriciteit) [48](#page=48). #### Van Aardolie tot Brandstoffen: **Raffinage** scheidt ruwe aardolie via destillatie, conversie (kraken, reforming, alkylatie) en chemische nabehandeling in bruikbare fracties zoals LPG, nafta, benzine, kerosine, diesel, smeeroliën en stookolie. **Destillatie** scheidt componenten op basis van hun kookpunten [48](#page=48). #### Van Biomassa tot Biobrandstoffen: Biomassa kan omgezet worden in biobrandstoffen via thermochemische (vergassing, pyrolyse), biologische (fermentatie) of fysisch-chemische processen [49](#page=49). * **Bio-ethanol:** Geproduceerd uit suikerhoudende biomassa via fermentatie en destillatie [50](#page=50). * **Biodiesel:** Geproduceerd uit oliehoudende biomassa via transesterificatie [50](#page=50). Biobrandstoffen worden als CO2-neutraal beschouwd in theorie, maar praktijk toont emissies bij productie [51](#page=51). #### Elektriciteitsproductie: * **Thermische centrales:** Verbranden fossiele brandstoffen om stoom te produceren die turbines aandrijft [55](#page=55). * **STEG-centrales (Stoom- en Gasturbine):** Combineren gas- en stoomturbines voor hogere efficiëntie [55](#page=55). * **Warmtekrachtkoppeling (WKK):** Produceert gelijktijdig elektriciteit en warmte [56](#page=56). * **Kerncentrales:** Gebruiken kernsplijting om stoom te produceren [56](#page=56). * **Fotovoltaïsche systemen:** Zonnecellen zetten licht direct om in elektriciteit [57](#page=57). * **Windturbines:** Vangen windenergie om via generatoren elektriciteit op te wekken [58](#page=58). * **Brandstofcellen:** Zetten chemische energie direct om in elektrische energie via elektrochemische reacties. Waterstof-zuurstof brandstofcellen produceren water als bijproduct [59](#page=59) [60](#page=60). ## 5. Eenheidsprocessen in de Productietechnologie Eenheidsprocessen zijn de fundamentele bouwstenen van industriële processen, gebaseerd op fysische transportverschijnselen [63](#page=63). ### 5.1 Fysische Transportverschijnselen De drie basistransportverschijnselen zijn: 1. **Stroming (Momentumtransfer):** Verplaatsing van fluïda door drukverschil ($\Delta P$). Het Reynolds-getal (Re) bepaalt of stroming laminaire of turbulent is [64](#page=64). 2. **Warmtetransfer:** Verplaatsing van thermische energie door temperatuurverschil ($\Delta T$), via conductie, convectie of straling. Flux is de hoeveelheid per oppervlakte per tijdseenheid [64](#page=64). 3. **Massatransfer:** Verplaatsing van moleculen door concentratieverschil ($\Delta C$) [64](#page=64). #### Stroming Het Reynolds-getal ($Re = \frac{\rho V L}{\eta}$) bepaalt het type stroming: laminaire ($Re < 2000$), overgangsgebied ($2000 < Re < 4000$), of turbulente ($Re > 4000$) [64](#page=64). #### Warmtetransfer * **Conductie (geleiding):** Energieoverdracht via trillingen en botsingen (bv. in vaste stoffen) [70](#page=70). * **Convectie:** Energieoverdracht door verplaatsing van fluïdum (bv. warme lucht stijgt) [71](#page=71). * **Straling:** Energieoverdracht via elektromagnetische golven (bv. zonnewarmte) [71](#page=71). De globale warmtedoorgangscoëfficiënt ($K$) bepaalt de totale warmteoverdracht en is afhankelijk van de individuele weerstanden in het proces [71](#page=71). #### Mengprocessen: Mengen voegt stoffen samen om homogeniteit te bereiken [74](#page=74). * **Gassen met gassen:** Vormen altijd homogene mengsels [74](#page=74). * **Gassen met vloeistoffen:** Vaak voor contactoppervlak, bv. sproeien of bellenkolommen [74](#page=74). * **Gassen met vaste stoffen:** Fluïdizatie en pneumatisch transport zijn belangrijke technieken [75](#page=75). * **Vloeistoffen met vloeistoffen:** Menging door roeren, afhankelijk van viscositeit en oplosbaarheid [75](#page=75). * **Vloeistoffen met vaste stoffen:** Afhankelijk van verhouding en oplosbaarheid (oplossing of suspensie) [76](#page=76). * **Vaste stoffen met vaste stoffen:** Mengen via transportbanden, silo's, trommelmengers of maalprocessen [76](#page=76). #### Scheidingsprocessen: Splitsen van stromen tot gewenste deelstromen of eindproducten, om op te zuiveren of waardevolle stoffen te recupereren. Vereist energie [76](#page=76). * **Mechanisch-fysische scheiding:** Scheidt heterogene mengsels op basis van deeltjesgrootte (zeven), bevochtigbaarheid (flotatie), magnetische of elektrische eigenschappen [77](#page=77). * **Filtratie:** Scheidt vaste stoffen uit vloeistoffen/gassen met een barrière (filtermedium). Verschillende typen bestaan, waaronder membraanfiltratie (omgekeerde osmose) en dieptefiltratie [78](#page=78) [79](#page=79). * **Bezinking (Sedimentatie):** Scheidt deeltjes op basis van dichtheids- en grootteverschillen, gebruikmakend van zwaartekracht of centrifugale kracht [81](#page=81). * **Centrifugatie en Cyclonen:** Gebruiken centrifugale kracht om scheiding te versnellen. Cyclonen scheiden vaste deeltjes uit gassen of druppels uit gassen [82](#page=82) [83](#page=83). * **Drogen:** Verwijdert kleine hoeveelheden water door verdamping of sublimatie. Drijvende kracht is het verschil in dampdruk ($\Delta P_S$) en temperatuur ($\Delta T$). Verschillende apparaten bestaan, zoals kamer-, tunnel-, trommel- en sproeidrogers [83](#page=83) [84](#page=84) [85](#page=85). * **Indamping & Kristallisatie:** Indamping concentreert oplossingen door het verdampen van het oplosmiddel. Kristallisatie vormt vaste kristallijne deeltjes uit een oververzadigde oplossing [86](#page=86) [87](#page=87). * **Destillatie:** Scheidt vluchtige stoffen op basis van hun kookpunten. Enkelvoudige destillatie is minder efficiënt dan fractionele destillatie, die een scheidingskolom gebruikt voor meerdere evenwichtsstappen [88](#page=88) [89](#page=89). * **Absorptie en Stripping:** Gas/vloeistof in contact brengen met een solvent om selectief componenten op te nemen (absorptie) of af te geven (stripping). Chemische absorptie versnelt het proces en verhoogt de capaciteit. Apparatuur omvat platenkolommen, gepakte kolommen en sproeikolommen [90](#page=90) [91](#page=91) [92](#page=92). * **Extractie:** Scheidt componenten uit een vloeistof- of vaste-fase naar een solvent. Vloeistof-vloeistof extractie gebruikt ternaire fasediagrammen; vast-vloeistof extractie omvat percolatie en moving-bed technieken [94](#page=94) [96](#page=96) [97](#page=97). * **Adsorptie en Desorptie:** Componenten worden selectief aan het oppervlak van een vaste stof gebonden. Sorbentia, zoals actieve kool en silicagel, hebben een groot specifiek oppervlak [100](#page=100) [101](#page=101). * **Ionenuitwisseling:** Selectieve scheiding van ionen uit een vloeistof met behulp van geladen harsen [100](#page=100). * **Chromatografie:** Scheidt componenten op basis van verschil in affiniteit voor een stationaire en mobiele fase [100](#page=100). * **Membraanscheiding:** Scheidt moleculen via membranen op basis van drijvende kracht $\Delta C$ [102](#page=102). ## 6. Productietechnologie in Diverse Industrieën ### 6.1 De Chemische Industrie De chemische industrie transformeert materiaal- en energiestromen via chemische reacties en eenheidsprocessen. Producten worden ingedeeld naar oorsprong (organisch/anorganisch), productieproces (batch/continu) en markt (basis-/fijnchemicaliën). Innovatie en duurzaamheid zijn cruciaal. België is een belangrijke speler met sectoren als basischemie, parachemie en fijnchemie [104](#page=104) [105](#page=105). #### Chemische Reacties en Reactorconcepten: Reactiesnelheid en efficiëntie worden beïnvloed door concentratie, temperatuur, druk en katalysatoren. Reactoren zijn de kern van chemische processen, zowel batch- als doorstroomreactoren [106](#page=106). #### Petrochemische Industrie: Verwerkt aardolie tot brandstoffen en grondstoffen voor kunststoffen en andere producten. Raffinage omvat scheiding, conversie (kraken, reforming) en chemische nabehandeling (ontzwaveling, additieven) [107](#page=107). #### Kunststoffen en Verwerkingstechnologie: Kunststoffen zijn synthetische polymeren opgebouwd uit monomeren. Ze worden ingedeeld op basis van structuur (lineair, vertakt, vernet, 3D-netwerk) en mechanische eigenschappen (thermoplasten, elastomeren, thermoharders). Verwerkingstechnieken omvatten gieten, persen, sinteren, extruderen, kalanderen, spuitgieten [111-113](#page=111-113) [108](#page=108) [110](#page=110). #### Farmaceutische Industrie: Produceert fijnchemicaliën met een hoge toegevoegde waarde. Procesontwikkeling omvat R&D, evaluatie (toxiciteit, fysisch-chemische eigenschappen), klinische tests, opschaling en marktintroductie [115-116](#page=115-116). Het octrooi (patent) beschermt de molecule gedurende 20 jaar. Groene chemie principes zijn belangrijk voor milieuvriendelijke productie [115](#page=115) [116](#page=116). ### 6.2 De Metaalindustrie Metaalkunde bestudeert de vervaardiging, samenstelling en verwerking van metalen. De industrie is onderverdeeld in ferro- en non-ferrometaalindustrie. Recycling is cruciaal voor de levenscyclus van metalen [118](#page=118). #### Ijzer- en Staalindustrie: Staal is een legering van ijzer en koolstof. De productie is relatief eenvoudig, energie-intensief en grootschalig. Staal is sterk, kneedbaar en veelzijdig toepasbaar [118](#page=118) [124](#page=124). #### Non-ferro Industrie: Omvat basismetalen, edele metalen en minor metals. Deze metalen zijn essentieel voor technologische ontwikkelingen en vereisen veel innovatie en kapitaal [119](#page=119). #### Ertsverdeling en Metallurgie: Metalen worden uit ertsgesteenten gewonnen via verkleinen, opzuiveren (bv. flotatie) en thermische behandeling (pyrometallurgie, hydrometallurgie). Het hoogovenproces produceert ruwijzer uit ijzererts, cokes en toeslagstoffen. Staalbereiding zuivert ruwijzer verder, voornamelijk via het oxystaalproces of elektro-ovenproces [120](#page=120) [121](#page=121) [122](#page=122). #### Staallegeringen en Vormgeving: Legeringen versterken metalen door dislocaties te hinderen of bevorderen roestvastheid (bv. chroom in roestvast staal) [123-124](#page=123-124). Vormgevingstechnieken omvatten gieten (ingots, continu gieten), smeden, walsen, extruderen, trekken en plaat-omvorming (buigen, dieptrekken) [125-129](#page=125-129). ### 6.3 Mechanische Vervaardigingstechnieken Mechanische processen veranderen de vorm en/of eigenschappen van vaste materialen. #### Oervormtechnieken: Vormgeven van metaalpoeder of -smelt tot een basale vorm (bv. gieten, sinteren, extruderen) [103](#page=103). #### Omvormtechnieken: Secundaire vormgeving door plastische deformatie in vaste toestand (bv. walsen, extruderen, trekken, smeden) [128](#page=128). #### Scheiden en Afnemen: Verwijderen van overtollig materiaal. Scheiden is zonder structuurverlies (knippen, ponsen), afnemen (verspanen) met structuurverlies (draaien, frezen, boren) [130](#page=130). #### Verbinden: Assemblage van onderdelen via lassen, solderen, lijmen, nieten, klinken of vormverbindingen [130](#page=130). #### Warmte- en Oppervlaktebehandelingen: * **Bulkbehandeling:** Veranderen kristalstructuur over de gehele diepte (bv. harden, temperen, precipitatieharden) [131](#page=131). * **Oppervlaktebehandeling:** Verbeteren oppervlakte-eigenschappen (bv. polijsten, lakken, galvaniseren) [131](#page=131). ### 6.4 De Farmaceutische Industrie De farmaceutische industrie produceert fijnchemicaliën met een hoge toegevoegde waarde. Het productieproces is langdurig en streng gereguleerd, van R&D en octrooiaanvraag tot klinische tests en marktintroductie [115-116](#page=115-116) [115](#page=115). ### 6.5 Groene Chemie en Bio-gebaseerde Industrie Duurzame ontwikkeling en groene chemie streven naar milieuvriendelijke productieprocessen, met nadruk op het voorkomen van afval en het gebruik van hernieuwbare grondstoffen. De bio-gebaseerde industrie valoriseert biomassa voor chemicaliën, materialen en energie [116](#page=116) [117](#page=117). ### 6.6 Productietechnologie in de Metaalindustrie De metaalindustrie omvat ferro- en non-ferro metaalbewerking. Het proces omvat ertsverwerking, metallurgie (pyro-, hydrometallurgie) en het vormen en bewerken van metalen. Ertsverwerking omvat verkleinen, opzuiveren en thermische behandeling. Gieten, walsen, extruderen, trekken en smeden zijn belangrijke vormgevingstechnieken. Scheiden, afnemen en verbinden zijn essentiële bewerkingen. Warmte- en oppervlaktebehandelingen optimaliseren materiaaleigenschappen [118](#page=118) [120](#page=120) [128](#page=128) [130](#page=130) [131](#page=131). ## Veelvoorkomende Fouten om te Vermijden * **Niet vertalen van termen:** Alle documentatie, inclusief definities in de woordenlijst, moet volledig in het Nederlands zijn. * **Onjuiste hoofdletterspelling in koppen:** Gebruik alleen hoofdletters voor het eerste woord van de kop en voor eigennamen/afkortingen. * **Verkeerde LaTeX-syntax:** Zorg ervoor dat alle formules en wiskundige expressies correct worden weergegeven met LaTeX, inclusief het correct vervangen van asterisken door `\ast`. * **Gebruik van HTML-tags of Markdown-opmaak binnen LaTeX:** Dit kan de rendering van formules verstoren. * **Gebruik van valse valuta-symbolen:** Vermeld alle valuta-bedragen altijd voluit (bv. "dollars", "euro's"). * **Onvolledige vertaling:** Zorg ervoor dat elk deel van de originele tekst, inclusief contextuele opmerkingen en voorbeelden, wordt vertaald. * **Te korte of oppervlakkige samenvattingen:** Het doel is een gedetailleerde en examengerichte gids te creëren. * **Fouten in lijst-opmaak:** Zorg ervoor dat elk lijstitem op een aparte regel staat en correct wordt gemarkeerd. * **Niet volgen van de specifieke instructies voor de opmaak van "Tip" en "Voorbeeld"-boxen.** * **Niet inachtnemen van de juiste volgorde van de documentatie.**

## Woordenlijst | Term | Definitie | |---|---| | Duurzame ontwikkeling | Een ontwikkeling die voorziet in de behoeften van de huidige generatie zonder de mogelijkheden van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien, in gevaar te brengen, gebaseerd op drie pijlers: People, Planet, Profit. | | Productietechnologie | De systematische toepassing van wetenschappelijke kennis en inzichten om te voorzien in maatschappelijke behoeften en verlangens door middel van goederen en diensten. | | Levenscyclusanalyse (LCA) | Een methode om de milieu-impact van een product gedurende de gehele levensduur te evalueren, van grondstofwinning tot afdanking. | | Eenheidsprocessen | Fundamentele industriële processen die gebaseerd zijn op beperkte wetenschappelijke principes en die in diverse industrietakken inzetbaar zijn, zoals mechanische, fysische en (bio)chemische bewerkingen. | | Procestechnologie (Process Engineering) | De studie van industriële mechanische, fysische, chemische en biochemische eenheidsbewerkingen, gericht op het optimaliseren en maximaliseren van het rendement van productieprocessen. | | Materialenbalansen | Een kwantitatieve analyse van de inkomende en uitgaande massastromen van stoffen in een proces, essentieel voor het begrijpen en controleren van de materiaalstromen. | | Reynolds-getal (Re) | Een dimensieloze grootheid die de verhouding tussen inertiële en viskeuze krachten in een stromend fluïdum aangeeft, cruciaal voor het bepalen van laminaire of turbulente stroming. | | Warmteoverdracht | Het verplaatsen van thermische energie van een gebied met een hogere temperatuur naar een gebied met een lagere temperatuur, via conductie, convectie of straling. | | Adsorptie | Een proces waarbij moleculen van een gas of vloeistof selectief aan het oppervlak van een vaste stof (adsorbens) worden gebonden door intermoleculaire krachten. | | Polymerisatie | Een chemisch proces waarbij kleinere moleculen (monomeren) zich verbinden tot grote macromoleculen (polymeren), wat de basis vormt voor kunststoffen. | | Metallurgie | De wetenschap en techniek die zich bezighoudt met de winning, het onderzoek, de vervaardiging en de verwerking van metalen. |