Aluminium uit leisteen II

--~---_._- - - - -. I ~

,

I

-

J

~

lAÄÁ

~.A~

J:C

ç~~-1r~

H.~

/

.

•

, . . - - - -- -

-Or

•

7 6 ; /

7.

e

~~

7..

#

y,.r/:t?

J.

-

.

x

7-'

.

-

z~A-y---~~ o-e~.ee-~~

__

/~.,

:E..

x

~/ ~.~~

Je:, &>

~r---r:.~~

~~~ t? ~

~~.~~--

/7-~",-,;,.-4.-.

---~----I

,

~~

4a-r~~eaa-r~~~.:'~

7

/y.:rç.yx

~77Y

-;- b-l. a.b9I0c-b, -

o.~YJ

.4'~

/y.~tt><>

$T%-

=

7?tt>c..t~.-h_e4/7-.27

----..&=

~~.,4

_..a'?r~

___ :.&

;?;,~

%~~f4-<l4e-

"-l.r~

~~~~~~ ~~:ttP~

~/~~,u.~~·7~CZ-;~~44

de~

··~r~o

e~./.

~

~~.

e-.,~ ~~pc

7'''e.4-/

f f

~.,,~

a-..e.-.tt&:~~J·ezk ~ -4:. ,~~ &-~ ~~ ••• .,4.

~~~~~

..

r;?J

.-.,r. _ .

_...--e

4

&>.

~

/6' - é>.-l.l.r

~~

~e

.

A::'

P . ~ Ie> - e>. ~ 6e> .. " '.

t?q

O.~/O - O.~f-l..

~~~ t?~5'

- O.

'Y/F

..

/T;Z?~/.O ~

e-rn!'

p. .z

P-

d. J / " :: V'. oS '. ". ~ (?J - O .

.s ..

p.~.r.

-

".

iP-.

7.--'

.H

dé-~~

~_

.. - "

7

"

/t7-

e _

d.<j,.

..

"u;.

~

'-Y"

-c;;

lip

.

.

~<n:-

.,&

~7

!,,~.~.,L.~.p.~

.

o().

.

(Jr

-/

o/

X~. ~6'

K (7.J,ó''''.:;

~tY

~

.p~

.,&, - - - / / ....

_~?(-.

.

I -

.

'

%~~~r

. '

fi

7° -

/&9/

~ ~,7

x

~ ~

Fr.6d

f/.c

kJ.

P~~~~dL..

.

~7e>

-..?.(/

x

~ tP~

.K .eJ".z J

~

/

/é

~

%tre.

k/~~

/

e-À'e4!

~

.

,á7~-/'?/x ~y/ x~'7~/o,r~

~~~~~t'i.~~~~

~7P -~

V

x

~ ~b

Á

~f.r~J-- t5~ ~

,

~.L

~D'T. ~~

Ä

~~7-!

~o- /~

x /

.k~e>/ ~~o -/~51A'P..

"1'

b

..l"~o

/ ~

~l'0D .K~"/~

::.-

z

,

o~

/t!? / .

P~tt:U./~

/A'1?,3

x

;::;"-

/~L:a,/:: ~

.

/kJ.

~~~

~ /i.ro-~-7À'o

...

é76>"",~~s-6~J.,rL:~

/'~;;...

«7

4-d~

'

a~

_ _ •

.4/~--4/

_ _

~

~?-r-~~/"

~v

,x6i.r.A".~=1~~~4e_

.

.r6'~

.

..e-...

..;~r:

x

~3/

/ .

~

-c::

/.<'~

, / .

~.

-.

/#0_/

k... .

.ty.C ~ J/.

Jl

L~.

c!1

iJ

r

t!?~' ~

6

êL:]

~ ~~

,

~.4/

~

--/'

4d

1;;;

+

é'q

~

Y

e~

r

.U~S/ ~7~

$

. .

'

7r~:

~&.c~~~:

/t?c~

/

JJ'/~

~

A'

~~e> ~-:

/J..r.x/~~

..r~/

4-_/fjt7~/

~

.

J.)r,t:)6X~~ v-=.z~t:P.x/~~~

y~J

I

I·

I

~~/4'4---2.,9/-

/e>.s.x .LOO

~

3 j .

/~

~~

H~-ze~e~b~

~~ .

~~4'_M/7.4..A..:---~4~

..

~...-ee_·

//.J X /p

/~"',.

-",s:.rJ

-,I-

sye,.

,,"f'~~D-''''Djl

~

t'-.l

X,~6~J.

I I I

I

.

.

. //.

- - - ---- - -

-\~

.$zt>~Z~~ ~. /t:Pb __ Z~ e4~ ~L~.-:t- ~.4-'"~ ~ ~ t.z .

tf?e-.'

J.U>

)r/~76

K /.>e>P

x

L~ ~

=

.1/,.t

...,..

..

~

,

~/~

_

-

7"

~. "~F--~

---.

,f;.ek:

~t9b~

/b,76X /.$C'C>

XZ~~::-

/>;7

x/c~

.s,?/tP

~.

rzo

Kt'~_76)é'

/c~

YL$'~J:.

Z,7

Jr/b~

J,?6tf'

/ 3.

U<?"T-

~~L.,.--:--k/dc;~~

'1~;:e~7

7-

,

L~~

-P~~~~~~/77'~

7

/6'

~

« ' f ", Lr-

~

7)t'

t:J ...

~

~~

.2., /

~

P~6~~~

.'

'<,1'6

Ko,~/d'

7~-:

~7

eaL:

.f;a._e

..

~~

..

~~..r:&>~L rc..c~~~~-c-s.. ~.'

~

~ 2,tP~.KC,~/.;r/~=-~.i'~

~r~t?~~

~.r.rK~~J''l~~~?~

..e... ~D""" ~ 4,.4' .. ~

Db

.x~~.s-

K7 ::

O./~""'/'

~

û

~

4!!e."~.4e8« 6.6!J~

~

~~

«-./7'

~

?r>e>

k J

-;r-

~

..

.d.'-'

.9~~

...44-k~

j/.1'A'7?

Y/P~:

2t:?tPAt"O

~

~~~"'DCTc...·

~~~~~/'&!,.r.,t' 1t5;yr/p~ o,,,..y/p6~~

~~

~~~f

V

7~ye}~ y.K/oJ~ p..J,y/#~.~

Ac/~ ~~L~4-ç&~/

~Á

.. _.·

N0-/d'j

K~y6 %q.>.rtÇJ6.yx/o~

~JY;-'~

Av~~

....

~.~··

I I I I I .

~4V~~~~~,4~~~

/O~f.r~eaL.

7~ ~q

4P~,4... ..4~r··

$ ..

~

~tP~

X

~~3

x

;(~C

-

/t?/XJ Ky.K/1!J

~d:.

6';

t:/. /0

~d

~eq~~~~A~.

-p~~eq~~~4!-.~~.·

/1j'6 x /" J

K!{Te> -

/0/

.x

~.i'

..s

.-te~

lP; F .x /t!J1

~

~/---

~~

-_.'

~S-7'-

6,17

~ 6!S-+~.s- "'2~ tP/.K/P~bJ

t:]o#t:P Y/P~ ~ , /

~.~~09<b%~P~

~~"'"~

- - - --- -I I .

,;i2J-e

~

-r~

-<fr

,X/i:> $.K

c:;.zr

x?"ro-/~~J0LY/P ~/~

t#%~T-~r··

/.30 -+

?~.tP.r ~/"

b

rL

~.l~

~d?

6'

x/P~~

.2~tP

",

ott:~

~

ç4.,4;

~r-~

.

---~~

..

o-.z

76

x

.s

6.

~

.x

h:> :.

-7

4:-

tPJ'.t:...

a

=

6.

~

c.:> _

5tJk

~~

6'f

x

.J

~ ~.K/t7

J

-7

Á{ < 3.ty

~A(

?-.;(>1- ____

JtVz

r

;;-e,

/~

~f-~"';"

~~~.

'/p-",,-e..,..

/-M...-;/-~ 3f.z_/-M...-;/-~/-M...-;/-~/-M...-;/-~

~q~~:

.J.tl, ~ ;t

é'q

6'6.6 /;

A{

/.6.% ~_ ~~~

~~.:z

~

'l-

~pC-- J~q _·71Y7~a.

04-...

"';1-

$'"..

J{.J

fL-

P"'D.-. 3

7 -

:Jl0-rt>r:>-

J

/-9'-

~

,

~44_

Î-.re>"2""~~.-&-...-4----~-_/~_·

.r.?.J

y

.?é>.7-

-."~

J'j'-r:f.èU'--

~

L7

J

.

~~~/~~:

/ ;: f"

~

/7-

fl?r7

~

~ ~/-

---

~e> ~

=

.2 ol t:J-D-.. ;s r~.t/1}'6 ~a4.7" :a~rr...4-~

.

-/tP.

,

.

,

.

---

.---H. Reens C. Trompstraa t 26

~=~=~=X=:è=:!:

~

.

•

.

•

.

Y;

j

"

.

'

Îa~~

;:' :~

, ".' ... ;. - ,s

A L U MIN I U M U I T LEI S TEE N ~

============================================~

FABRIEKSONTWERP VAN

J. C. MEYS

EN

; ... ) "" Z .ti , ₀

~

.:::; "" w dl ...J I

~

(

\

L ::> Z ;.. L _{::. :~ "}

.

i :::> ~ _r - ' '" ~ VI <l: % i

t

.~ I , ~ I, ( , I'

-

~

I I \. ,

.

•

...

_{I N HOU D}

=======::::=::::==:!:

pagina

Inleiding . . . 3

Keuze van het proces ••.••••.•••••••••••..•.•••.•••••• :;

Het kalksinteringsproces •••••••••••••••••••••••••••••

5

Schema van het proces •••.••••••....••.••••••..•.•.••• 8 De electrolyse van het Al₂0:; ••••••••••••••••••••••••• 9

De materiaalbalans •••••••.••••••.•••••••.••••.•••..• 10

Schema met de berekende hoeveelheden •••.•••••••••••• 18

De apparatuur . . . 20 Slotopmerking •.•...

. . . .

.

.

.

. . . .

. . .

.

•••••••••••••• 20 -0-0-De warmtewisselaar v66r de Kestnerverdamper •••••••.• 21 -0-~eraadpleegde litpratuur •••••••••••••••••••••••••••• :;l

I

-I-

-t

\~

INLEIDING.

De bereiding van aluminium geschiedt in twee trappen: 1). De productie van zuiver aluminiumoxyde uit de

grond-stoffen,

2). De reductie van dit oxyde door electrolyse tot me-taal in een bad van gesmolten kryolieth.

Slechts op deze wijze is het mogeli,ik een zuiver metaal in handen te

kr~gen, omdat verontreirigingen veel moeili~er uit het metaal dan

ui t het oxyde te verwijderen zijn.

f;;;.

Bauxiet, dat minste~50

%

_{A1 203 bevat, is tot heden de}

meest geschikte grondstof. Er bestaan slechts weinig kleisoorten, die een gehalte van 50 % _{A1 203 benaderen. Het aluminium bevindt}

zich in deze kleisoorten in de silicaatvorm, welke slechts met moeite ontsloten kan worden. Toch vindt men in de literatuur zeer vele processen ter verwerking van deze grondstoffen.

Deze processen zijn te verdelen in twee groepen: 1). De alkalische,

2). De zure.

Bij beide soorten wordt het aluminium, in zoutvorm,in waterige oplos-sing gebracht, nadat het uitgangsmateriaal een warmtebehandeling of een ontsluitingsbewerking heeft ondergaan.

KEUZE VAN HET PROCES.

Volgens gegevens, ons welwillend verstrekt door het Geo-logisch Bureau van het Mijngebied te Heerlen, bedraagt het gehalte van Al₂0

3 in Nederlandse kleisoorten gemiddeld slechts 10

%

.

In de omgeving van Brunssum komt in beperkte hoeveelheden een klei met 20

%

Al₂0

3 voor, welke zeer gezocht is door de porceleinindustrie. Uit dezelfde gegevens bleek, dat het A_{1 203-gehalte van}

de was- en leistenen van de mi~en aanzienli~ hoger lag. Nadere in-formatie bij het Centraal Laboratorium der Staatsmijnen leerde, dat leistenen gemiddeld -het volgende analysebeeld geven:

4. t-Vochtgehalte (droging b~ l050C ) Gloeiverlies Samenstelling Si0₂ Al 203 Fe 20₃ CaO gloeirest: ca. 10

%

60

%

28

%

7%

1

%

MgO 2

%

Rest (spoor S03) 2

%

.

Tevens vermeldde men, dat genoemde waarden zeker niet de gunstigste zijn, daar men aannam, dat een selectie in rlike en arme materialen moeilijk zou zijn uitte voe ren.

\

Het ligt nu dus voor de hand, leistenen als grondstof voor een aluminiumindustrie in Nederland te kiezen.

Prytherch c.s.(l) hebben systematische studies van de leistenen in Wales verricht in verband met het alumini~gehalte. Z~ kwamen tot de conclusie, dat het hoogste A1₂0

3

-gehalte

gevon-den werd in de leisteen, gelegen in de nab~neid van de minst inge-kooIde steenkoollagen. Dit zou erop wijzen, dat een selectie in A_{1 203-rijkere en -armere leistenen toch mogelijk zou zijn. Deze}

au-teurs z~n tevens de enigen, die van een eventuële toepassing der zure processen op leistenen spreken. Na een warmtebehandeling b~ temperaturen tussen 5000C en 8000C om het kaolien in de leisteen in A1₂0

3, Si02 en H20 te ontleden, trokken zij het residu met

ver-dund zwavelzuur uit. Rendementen van slechts 10

%

b~ gebruik van 20 %-ig zwavelzuur waren het resultaat van deze proeven. B~ toe-passing van hogere zwavelzuurconcentraties ontstonden

gelatineu-ze massa's, die grote hoeveelheden oplossing vasthielden en aan-zienli$e filtratiemoeili~heden gaven (2).

In het literatuuroverzicht van Tilley c.s.(3) over de

zure processen zien wij, dat sommige klei soorten gemakkelijk, an-dere zeer moeil~~ te extraheren z~n. Hierin worden alle zure pro-cessen besproken, die tot

1927

waren voorgesteld. Hetzelfde zien

~i in het overzicht van Machu (4) in verband met de S02-extractie

van verschillende kleisoorten.

De hoge kosten van andere zuren en van de daarb~ nodige materialen voor de apparatuur maken het gebruik daarvan oneconomisch.

5.

t.

-Zoals uit het boven vermelde bli~t, is het zeer

plau-sibel, dat de toepassing van H

250

4

op Limburgse leistenen ris-kant is vanwege de mogeli~heid, dat dezelfde moeili~heden zullen optreden, als Prytherch heeft ondervonden.

De toepasbaarheid van 502 bl~ft een open vraag voor ons uitgangsmateriaal.

Onder de zure processen rekenen wij ook nog dat met (NH4)2S04' waarover eveneens geen gegevens, betrekking hebbende op leisteen, bekend z~n.

B~ de zure processen ligt de basis in de ontleding der silicaten door een warmtebehandeling.

B~ de alkalische processen daarentegen vinden w~ een

chemische inwerking op de silicaten. Hierb~ is het verloop min-der afhankeli~ van de vorm, waarin het A_{l 203 aan het Si0 2 g}e bon-den is.

Voor aluminium-ri~e grondstoffen en bauxietsoorten met hoog Si0 2-gehalte (ca. 50

10

_{Al 203 en 20}

%

_{Si0 2) bestaat het}

kallt-sodaTsinteringsproces, waarb~ calcium wordt toegevoegd in een ver-houding van 2 CaO : 1 S10₂ en de verhouding Na

20 : A120

_Ó

tussen de 1 en 2 ligt. Hierbij wordt het materiaal bij 11000-1200 C gesinterd en vervolgens uitgetrokken met water of met een soda-oplossing.

W_{ordt het Na 20-gehalte klein, d}an moet b~ hogere temneratuur ge-gloeid worden, waardoor glasachtige producten ontstaan en grote hoeveelheden soda verloren gaan in het extractie-residu, zoals door Prytherch e.a. geconstateerd werd

(5-17).

Voor grondstof_{fen met hoog S10 2-gehalte en laag}

Al-gehal-te, zoals b~ onze leisteen het geval is, is echter het kalk-sinte-ringsproces het meest geschikt.

HET KALKSINTERINGSPROCES.

In 1906 verkreeg Peffer (18) de patentrechten om een pro-ces o~ bauxiet toe te passen, waarbij de grondstof met CaO gesin-terd werd en als reactieproducten calciumsilicaten en calciumalu-minaten ontstonden, waarna deze met alkalihydroxyden of carbonaten werden uitgetrokken.

... ~ " 1_' ., " t" _{, J ,} " • . ~ r ~ .. " I ' ~ " ." ( ... " ' . '-"

"

" r, " ) -, ", .t, : ,~ ... ("" ( ' .... ,. ,--". ' " " ' ( ," " I "J

~

-I I I

I

I

-6.

In 1914 bereidde Lambert (19) calciumaluminaat door bauxiet met CaO en CaC0

3 in electriche oven te verhitten. In Noorwegen werd door Pedersen A1₂0

3-rijk materiaal met k2lksteen, ~zererts en cokes gesmolten. De51ak, die hierbij

ont-stond, had een laag Si0 2-gehalte.(20).

Pedersen (21) trok de ontstane calciumaluminaat-houdende slak uit met een 3 - 8 %-ige soda-oplossing, die ca. 10

%

van de totale Na

20-hoevee1heid als Na OH bevatte en verkreeg hierbij

na-triumaluminaat-oplossingen, die een gehalte aan 5_{i0 2 had, dat}

klei-ner was dan 0,1 %, betrokken op het Al₂0

3, welk in aluminaatvorm

aanwezig was.

Seaille s en Dyckerhoff gaven een werkwljze in 1941 (22) aan, die op allerlei Al-houdende grondstoffen toegepast kan wor-den, zowel op kolenas als op leisteen. Zij mengden het Al-houdende materiaal met kalksteen in een zodanige verhouding dat

2 molen CaO per mol 5i0

2 1,3 -2- 11 11 _{11 11} A1 20₃ 0,5 It " ti "Ti0 2 en 2 11 It _{» 11 Fe} 20₃ aanwezig waren.

Zoals uit de volgende tabel bli~t, is 13

%

overmaat CaO t.o.v. de theoretisch berekende hoeveelheid het gunstigst.

Overmaat CaO - 3

%

+ 5

%

+ 7

%

+ 11

%

+ 13

%

+

16

%

+ 28

%

Opbrengst aan A1₂0 3 18

%

23

%

86

%

84

%

96

%

65

%

46

%

Deze auteurs trokken het ontstane calciumaluminaat uit met water. Over de verdere verwerking wordt echter in dit patent niet gesproken.

De meest recente ontwikkeling is een combinatie van het Seailles-Dyckerhoff-proces en het extractieproces volgens

I

~

- - -

-7.

Pedersen, welke beschreven wordt door Archibald en Jackson (23) in 1944 en door Copson en Walthall (24). Zij onderwierpen een mengsèl van klei en kalksteen in een roterende oven aan een sinterings-proces b~ een temperatuur tussen 13000 en l4000C. Het ontstane calcium-disilicaat ging bij afkoeling over in de a-vorm, zodat de sinter in poedervorm uiteenviel.

Archibald en Jackson gaven aan, dat z~ een soda-oplos-sing gebruikten voor het uittrekken van het aluminium, hetgeen in de vorm van 1,5 CaO.Al

20

₃

aanwezig zou zijn.

Copson en Walthall geven aan, dat een verbinding 5 CaO. 3 A1 203 zou ontstaan b~ het sinterproces. Hun proeven tot 1944 ver-melden het gebruik van een soda-oplossing, welke goede rendementen levert.

-Een verbetering in dit proces, gerapporteerd door Hignett in 1947 (25), is het gebruik van natriumcarbonaat en natriumbicar-bonaat, waardoor de oplossing na de extractie veel minder alkalisch wordt dan bij het gebruik vam soda. Hignett bereikte dan ook zeer lage Si0 2-verontreinigingen.

Als reacties zouden achtereenvolgens optreden:

3 (A1 203• 2 Si02) + 17 CaC0

3

=

5 CaO. 3 Al 203 +

6

(2 CaO.Si0 2 ) + 17C~ Het calcium-di silicaat is inert en kan dus b~ de extractie-reactie worden weggelaten:

5 CaO. 3 _{Al 203} + 3 Na 2C03 + 2 NaHC0

3

=

6 NaA10 2 + 2 NaOH + 5 Caco,

(in sinter) (extractie-oplossing) (extract) (residu) Voor de laatste trap, nl. het verkr~gen van aluminiumhydroxyde,

geldt de volgende vergeli~ing:

~ 6 _{NaAl0 2} + 2 NaOH + _{9 H20} + 5 CO

2

= ,

Na 2C03 + 2 NaHCO, + 6 Al(OH), 'geregenereerde

extractteoplossing)

Aan de hand van de op de volgende pagina gegeven gang van het proces, volgt hier een korte beschrijving.

De leisteen en de mergel worden in zodanige verhouding intensief met elkaar gemengd, dat wij een samenstelling van het mengsel krijgen als door Seailles en Dyckerhoff wordt aangegeven. Het sinteringsproces verlo~pt b~ een temperatuur van l200-1300oC. Voor het uittrekken van de sinter wordt een 3 %_{-ige Na 2C03}

-NaHC03-I ~

-8.

DE BEREIDING VAlJ ZUIVER ALUMINIUMOXYDE.

====================================== Leisteen

--

I

Drog-en}

Brandstof - Rookgas Kalksteen Soda-aanvulling --~ Waswater - - - 1-" Gewassen rookgas Extraheren & Precipiteren (schema hieronder)

Filterkoek (naar cementfabriek) Uitlaatgas + waterdamp.

Sod~-aanvulling+20% geregenereerde oplossing

Waswater Fil terkoek( naar cementfabriek).

80 v d. sinter

Waswater - Fil terkoek

Gewassen rOOkgas

Precipi tatietank

1--

--

ui tlaatgas + waterdamp

Gedecanteerd

I

Verdamper ~._---.

9.

I .

I'

-I

oplossing gebruikt, waarb~ 1,2 - 1,4 mol CO₂ op 1 mol Na

20 aanwe-zig is.

Deze extractie bestaat uit twee trappen, nl. één om de sinter volledig uit te trekken met een aan aluminaat onverzadigde oplossing, terwijl de tweede trap dient om een zo volledig mogelijk verzadigde oplossing (aan aluminaat) te krijgen.

Voor het extraheren werden proeven door Hignett onder de volgende omstandigheden uitgevoerd. De eerste traD werd uitgevoerd met 20

%

van de sinter ènhet residu van de tweede trap b~ een temperatuur van 55 oe met een extractietijd van 54 - 133 minuten. Voor de tweede trap gelden temperaturen van 35 - 55 oe en

contact-tijden van 15 - 50 minuten. Als contacttijden nemen wij voor de bere-kening der apparaten 60 minuten resp. 30 minuten.

Het ~~ecipiteren verloopt b~ een temperatuur van

70 °C.

Het gloeien geschiedt tussen 1300 en 1400

°C.

DE .. ELECTROLYSE VAN HET Al~03 • (31 )

De electrolyse van het A1

20₃ vindt plaats bij ca. 950

°c

in een bad van gesmolten kryolieth, Na

3A1F6, dat in Groenland g

e-vondeF wordt of b€reid wordt uit HF (uit vloeispaat met zwavelzuur), NaOH en Al 203 •

Bij het proces ontstaat aan de anode een vrij grote hoe-veelheid O

2, die zich verbindt met de anodenkool. Hiervan zijn

aan-zienl~ke hoeveelh~den nodig, ca. 0,5 - 0,6 t electrodenkool/ t ge-produceerd Al.

De electrodenkool moet zeer zuiver zijn en bij ons verdient het aanbevel ing bij het mijnbedrijf pekcokes te be trekken.

Men kan de electrolyse uitvoeren met blokelectroden, die

vr~ vaak vervangen moeten worden, omdat het individuële blokge-wicht niet te groot mag zi~. In latere t~d is de continue of Söde r-bergelectrode ingevoerd. Wij hebben deze uitvoeringsvorm van de

elec-trolyse gekozen. Bij deze werkwijze wordt een pasta van pekcokes met pek in een grote cylindervormige electrode gestort en gestampt. De-ze massa is omgeven door een mantel van Al-blik. Op regelmatige tijden wordt de electrode iets verder neergelaten in het bad. Daa r-bij komt de onderste zone van de electrode-massa op een zodanige

10.

I ~

- - - ' - - - -

-temperatuur, dat de electrode daar ter ~laatse gebakken wordt,

zo-dat geen aparte bakoven noodzakel~K is.

De benodigde spanning per cel

.

..

zeer aanzienl~~e amperages treden grote

lectrische energie is voor ons eveneens drijf.

is ongeveer 6 V. Bij de

~

energiev~liezen op. De e-beschikbaar bij het

mijnbe-De negatieve stroomaansluiting zit in de bodem van het

electrolysevat, dat ook voor Een groot gedeelte van koolstof

ver-vaardigd is.

Meestal bevat een aluminiumfabriek enige honderden van

dergelijke cellen.

Het aluminium kan bij geb ruik van zuivere grondstoffen

een zeer hoge zuiverheid bereiken

(99,8

%

Al). Indien nog

zuiver-der metaal vereist wordt, kan men het allminium d.m.v. een tweede

electrolyse reinigen.

DE NillTERIAALBALANS.

Samenstelling van de leisteen:

Vochtgehalte (droging bij 105 oe)

Gloeiverlies Gloeirest: Si0 2 Al 203 Fe 20₃ CaO MgO Rest (spoor S03)

Samenstelling van de kalksteen (26):

Al 203 Fe203 CaO e0 2 Si0₂ MgO S03 Rest ca. 10

%

60

%

28

%

7

%

1

%

2

%

2

%

0,34

%

0,11

%

54,45

%

43,25

%

Ö,36

%

0, 54 ;;~ spoor'

0,96

%

-11.

-Theoretisch vereiste mengverhoudingeIl. ~.

- - - . 1 5i0 2

·

·

2 CaO 1 A1 203

·

_·

1,67 CaO 1 Ti0 2 : 0,5 CaO 1 Fe 203

·

·

2 CaO. Men neemt een overmaat CaO van 13

%

Voor de verhouding CaO : A1 203 is de waarde 1,67 ge-kozen. Seailles en Dyckerhoff geven waarden op, die variëren tus-sen 1,3 en 2,0. Hignett heemt het bestaan aan van de verbinding

5 CaO. 3 Al 203 ' waaruit de bovenstaande verhouding (1,67) voort-vloeit.

Deze materiaalbalans is opgezet voor een fabriek, die ca. 10.000 t aluminium per jaar zal produceren. Dit komt b~ bena-dering overeen met de jaarli~se invoer van aluminium in Nederland. Beschikbaar CaO in de kalksteen:

In 100 t kalksteen zitten:

54,45 t CaO

=

972 kgmol CaO.

340 kg Al₂0

3 = 3,33 kgmol A1 203 ::. 5, 56 kgmol CaO

110 kg Fe

203 = 0,69 kgmol Fe203 ::. 1,38 kgmol CaO

360 kg Si0 2 = _{6,00 kgmol Si0 2} ::. 12,0 kgmol CaO

Voor verontreinigingen in de kalksteen zijn dus per 100 t kalksteen nodig: 5,56 + 1,38 + 12,0

=

19,0 kgmol CaO. Per 100 t kalksteen z~n dus beschikbaar:

(972,0 - 19,0) kgmol CaO

=

953 kgmol CaO Benodigd CaO voor de leisteen:

100 t leisteen bevatten: 28 t 1U. 203 = 274,5 kgmol A1 203 7 t Fe 203

=

43,75 kgmol Fe 203 60 t 5i0 2 = 1000 kgm ol 5i02

Per 100 t leisteen-gloei rest nodig :

Er is echter reeds in 100 t aanwezig 1 t CaO Theoretisch moet dus toegevoegd worden

= 458 kgmol CaO - 87,5 kgmol CaO

=

2000 kgmol CaO 2545,5 kgmo1 CaO ::. 17,9 kgmol CaO 2527,6 kgmo1 CaO/ t gloei rest •.

12.

I I. .

Practisch moet dus toegevoegd worden:

113

100 x 2527,6 kgmol CaO

=

2858,0 kgmol CaOI 100 gloei-_rest.

~enodi~d_~_.~C?_~y_p-_~~.~~i~ .... ka~~~t~.~"!!,{}~9Q.-1_&!_~_~i.~~~_1L

2858.0 x

~5~ ~.

100 t kalksteen

=

300 t kalksteen / 100 t gloei-rest. Hoeveelheden sinter en uitgangsmaterialen:

Een productie van 10.000 t Al per jaar komt met een

dagproductie van 27,8 t Al overeen. Hiervoor moeten we produceren: 52,5 t A1₂0

3 per dag.

Bij een rendement van extractie en carbonering van 87

%

wordt dit:

In 100 t gloeirest zitten

De gloeirest van 300 t kalksteen bevat

Totaal

~OO _{t kalksteen bevat 129,5 t CO 2•}

Het residu van de kalksteen weegt (300

-28,0 t Al 20₃ 1,0 t Al₂0 3. 29,0 t _{A1 203.} 129,5) t

=

170,5 t

Er ontstaat dus een sinter van(170,5 + 100) t sinter/100 t

leisteen-gloeirest = 270,5 t sinter/IOO t leisteengloeirest, waarin zich 29,0 t Al

203 bevinden.

Per dag is nodig 60,4 t Al_{203 of 60.4 x 270,5 t sinter} =

29,0 564 t sinter per dag.

60,4_. _x

29,0

Aan kalksteen is nodig:

300 t kalksteen/dag = 625 t kalksteen/dag. Aan gloeirest zijn nodig:

60,4

29,0 x 100 t gloeirest. .Deze zijn ontstaan ui t:

l~g

x 208 t leisteen/dag

=

231 t leisteen/dag.

Bij de sinter komt nog de as van de gebruikte poederkool. Voor het verbruik van kolen b~ de Lepol-oven wordt ca. 15

%

van de sinter opgegeven. Bij een asgehal te van de kolen van 6 - 7

%

wordt

-1;.

het sintergewicht met 1

%

vermeerderd, zodat in het geheel

ig~ x 564 t sinter = 570 t sinter per dag worden geproduceerd. Het Al-gehalte in de as is onbekend, maar kan buiten beschouwing worden gelaten.! t;- J"; ,.t(

!.J.I.LL

lJ~/

Aan kolen voor het sinterproces zijn nodig:

166

x 570 t. kolen/dag

=

85,5 t kolen/dag.

Hier volgt een overzicht van de behandelde trap:

leisteen

I

231

t

__

J

-

---

1

stof Lepol-oven rookgas 1 _ _ __ _ . . . , - - _ •• _ - -kalksteen 625 t 85,5 t kolen 570 t sinter, bevattende 60,4 t _{A1 20}} Extractie-proces.

De eindproductie/dag is 52,5 t A120;. 19 kg A1 2

o;/m

3 wor-den geëxtraheerd door een oplossing, die 3

%

_{aan Na 2C03 en NaHC03}

bevat, berekend als Na 2CO;.

Er ontstaan dus aan verzadigde oplossing:

52~0

x 1 m3

=

2765 m3 , welke naar de carboneervaten geleid

worden.

Voor het bereiden van de verzadigde oplossing hebben we 80

%

van de sinter

=

456 t sinter nodig.

I .

I

-I -.

---~--- ~

14.

5 CaO. , Al₂0, + , _{Na 2CO,} + 2 NaHCO, : 6 _{NaAl0 2} • 2 NaOR ~ 5 CaCO, • Voor het verdwijnen van, mol _{A1 20,} komen dus _{5 mol CO 2} in de plaats. Dus bij het verdwijnen van 52,5 t A1 20, komen:

52,5

3

X 102

x

5

x

44 : ,7,8 t CO₂ in de plaats.

B~ deze extractie nemen we aan, dat ongeveer de helft van het _{A1 203} der totale sinter in oplossing gaat (2~). Dus we hebben b~ het ontstaan van de verzadigde oplossing een residu van (456 -

t

x 52,5 +

t

x 37,8) t : 448,6 t.

De helft van dit gewicht wordt aan vloeistof door het residu meegenomen: 224" t vloeistof. Dit residu wordt slechts

gedeelteli~ ui~gewassen. Daarb~ wordt de helft van de zich erin bevindende vloeistof verdrongen, d.i. 112,2 t of

~j

een S.G. : 1,03: 109,0 m3 • De invoer van de "halfverzadigde" oplossing be-draagt dus:(2765 + 109) m3 : 2874 m3/dag.

Deze z~n ontstaan uit geregenereerde oplossing, vloei-stof, die meegevoerd werd van de verzadigde trap en waswater van

}

I:----~-

ae

'-

o~;

'

;

'

;;~digd~

trap. Di t

laatsi~

--

i~

--

l;6

van de hoeveelheid vloeistof door het in deze trap ontstane voor 87

%

geëxtraheerde residu. Dit residu weegt

(570 52,5 + 37,8 )t=555,3t. totale verdwenen opgenomen

sinter AI -·O CO 2

2"

Met deze massa is weer 50

%

:

278 t vloeistof meegevoerd, terwijl het uitwassen 7/6 van deze hoeveelheid aan waswater ge-bruikt. Dus 1/6 x 278 t water

=

46,4 t water komt in de ha1f-verzadigde oplossing terecht. Boven zagen we, dat er in het residu van de verzadigingstrap nog 224,3 t vloeistof zat, d.i. 221 m' Vloeistof. Er moet dus toegevoerd worden aan geregenereerde op-lossing: (2874 - 221 - 46,4) m3 = 2607 m3 •

15.

I •

I

-Wanneer we de hoeveelheden vloeistof met elkaar

ver-geli~en, die in de precipitattetanks komen en die als geregene-reerde oplossing weer in het proces terecht komen, dan zien we,

dat er een verdamper nodig is,

Voor de berekening van de hoeveelheden water, welke door de gassen na de precipitatie worden meegevoerd, is eerst een berekening van de rookgassamenstelling nodig.

Rookgas samenstelling.

We hebben

570

t Sinter/dag.

15

%

van het sintergewlcht

wordt aan kolen verbruikt

(27),

d.i.

85,5

t steenkool. De kool

in de leisteen is hierb~ inbegrepen. Nemen we voor de

samenstel-ling van de kool:

78,1

%

C

6,2% H

9,5%

°

6, 7

%

as, (28),

dan komen dus in het rookgas

0,781. 85,5 • 44/12

t CO

₂

=

245

t

CO_{2 , afkomstig van de kolen. Van de kalksteen} kr~gen we :

~~:Ó

·

129,5 t CO_{2 ,} zodat er dus in het geheel ontstaan:

(245,0

+

270,0)

t CO~dag.

Voor het verbranden van de waterstof is nodig:

0,062 x 85,5 x 16/2 t

°

= 42,5 t zuurstof, terwijl al in de

kool aanwezig is:

0,095

x

85,5

t

0

=

8,1

t zuurstof. Voor de watel'

stof is dus nog aan zuurstof in de vorm van lucht nodig:

(42,5 - 8,1) t

=

34,4 t zuurstof.

Voor de koolstof is nodig:

0,781

x

85,5

x

32/12

t

0 =178,4

t zuurstof, zodat theoretisch

voor de verbranding

212,8

t zuurstof in de vorm van lucht

nodig is. Wanneer we 10

%

ovennaat lucht nemen, voeren we in het

geheel dus 1,1 x 212,8 t 02

=

234 t 02 toe.

78 m3 N 2 21 m3 02 nodig: In

100

m

3

lucht zitten:

=

78 x 28/22,4 kg N₂ = 97,6 kg N₂ en

=

21 x 32/22,4 kg 02

=

30,0 kg

°

_{2 "} We hebben dus aan lucht

234.000

x

100

M3

= 780.000

m3 lucht/dag.

--16.

I •

In het rookgas komen dus:

780.000 x ' 0,78 m3 N

₂

=

609.000 m3 N

2 m3 e0₂

=

262.000 m3 e0₂ 515 t e0₂ = 515.000.22,4/44

10 %-ige overmaat 02 = 21,3

Hierin zijn de percentages:

60~.000 _{x 100 % N} 2 885.900 1412°0 _{x 100}

%

₀₂ 885.900 262.000 _{x 100 % e0} 2 885.900 Precipitatie. t 02

=

21.300 x 22,4/32 = 14.900 m3 02. Totaal aan rookgas :

=

68,7% N₂

=

1,7 % _°2 = 29,6

%

_{e0 2•}

t

~l

\

):

t./ Per kg A1

203, dat geproduceerd wordt, zijn nodig

I,.;.

J(};

V

)

0'

0

kg CO 2 (24). Bij een p roduc tie van 52, 5 t _{A1 2}

0:l

dag wordt dit:

r

///

,

..

r

/D·

1,1 x _{52,5 t e0 2} = 57,75 t eOidag. Deze nemen een

/ ... ~v " / 2 - 2

/~,,,

.l

volume in van: 57.750 x 22,4 44 = 9.400 m _{e0 2, hetgeen}

overeen-I <' I ( ,.

V

....

\

komt met: I !~ 'I\) 29.400 262.000 x 885.900 m3 rookgas

=

99.450 m3 rookgas. I I I I I I

99.450 m3 rookgas (droog) hebben waterdamp meegevoerd uit de was-ser van de rookgassen. B~ 20 oe is dit aanwezig met een partiaa1-spanning van 17,54 mm Hg. De hoeveelheid droog rookgas neemt b~

die temperatuur een volume in van: 99.450 x 293/273 m3 = 106.600

m~

de partiaalspanning van de andere gassen is (760-17,54) mm Hg =

742,46 mm Hg, zodat aan waterdamp meegevoerd is:

7!~:tt

x 106.600 m3 waterdamp van 20 oe = 2510 m3 waterdamp van

V).>

20 oe = 2510 x

~~S

x

2~~

4 x In, 001 t waterdamp = 1, 9 t wa terdamp •

\ll"'f

j>

'1

-

---'

>~

In de gassen, die de precipitatietanks verlaten, zit

~;} ~!f

~

1 nog e0₂

~35

_% van de hoeveelheid, die in de toegevoerde gassen

~

~

~

~

aanwezig was, d.i. 29.400 x 0,35 = 10.300 m3 eo_{2 •} De hoeveelheid

_

V

~

N₂ is daarin: 99.450 x

0~6?7

m' N₂

=

68.400 m3 N_{2 • De hoeveelheid}

02 is 99.450 x 0,017 m

3

02 = 1.690 m3 02 In totaal ont~Ken dus

tatietanks~ B~ 70 oe is dit 80.390 x

80.390 m3 gas uit de precipi-343/273 m3

=

101.000

m

3 droog gas na de precipitatie. Dit heeft t~dens de precipitatie

water meegenomen, waarvan de partiaa1spanning b~ 70 oe = 233,7

mm

Hg

is,

17.

I

.

d.w.z. boven zuiver water. Boven een; %-ige soda-oplossing wordt dit 230,7 mm Rg, een waarde, verkregen door interpolatie van uit de literatuur bekende waarden (29).

Aan water is dus meegenomen: 2;0,7

760 - 230,7 x 101.000 m; waterdamp van 70 oe, d.i.

230, 7

1:l..2-

18

529,3 x 101.000 x 343 ·x 22,4 x 0,001 t water = 28,2 t water. Tijdens het precipiteren is dus per dag verdampt: (28,2 - 1,9) t water

=

26,; t water/dag.

Filtreren van het A1₂0 3•

Uit de precipitatie-tanks komen (2765 - 26,3) m3 vloei-stof. De hoeveelheid Al(OH); bedraagt 78 kg Al(Oli); per 51 kg A1₂0;. Er worden dus 78/51 • 52,5 t

Al(OR)3

=

80,4 t Al(OR)3/dag geprodu-ceerd.

Het door het Al(OH)3 gebonden water weegt (80,4 - 52,5)

=

27,9 t. In totaal worden door het Al(OR)3 2 kg vloeistof per kg geproduceerd Al

₂

0

3 meegenomen. Aan vrije oplossing bevindt zich dus in het Al(OH)3 : (2 x 52,5 - 27,9) toplossing

=

77,1 t oplos-sing.

Aan waswater gebruiken we 105 t. Na filtratie hebben we dus weer 2739 m3 vloeistof.

Daar wij moeten komen OT) een hoeveelheid geregenereerde

oplossing van 2607 m3, moet dus verdampt worden (2739 - 2607) t

=

132 t water.

Hiermee is de vloeistofkringloop gesloten.

_~a_t?:~ll:!:ng va~~_e __ ~_o~~ •.

Verreweg ae grootste verliezen aan soda treden op door absorptie aan het extractieresidu. Na vergeli~ing van de lite ra-tuurwaarden (24) concluderen wij, dat per kg geproduceerd A1

203 0,0; kg soda verloren gaan. Dit wordt per dag ca. 1,6 t soda.

Deze hoeveelheid wordt aan de geregenereerde oplossing toegevoegd. Volledigheidshal ve zij hier opgemerkt, dat in de kringloop een hoeveelheid soda aanwezig is van ca. 0,03 x 2765 x 1,03 t soda = 85,5 t soda, dit baserende op de oplossing, die naar de nrecipita-tie gaat.

18 ..

Vanzelfsprekend wordt door het soda-verlies het residu

1,6 t zwaarder, wanneer we het Na₂0 in de vorm van soda g

eabsor-beerd denken.

Hier volgt de in tekening gebrachte materiaalbalans

voor de bereiding van het Al₂0

3 ui t de sinter.

1.6 t soda

1

2692 t vl.st.(2607 m3 )

114 _{~'--'---==c..:...=...=--_~} t sinter JOnverzadig- 1 _{r--~-- 673 t natte ---...os}

278 t water 46,4 t ft 325 t water 456 t sinter 112 t water 99.450 m3 rook-ga s (0 oe, 1 at) + 1,9 t water 105 t water de trap.

J

stof Verzadigde tra 556,9 vast 278 vl. st. 835 t koek naar cementfabriek 448,6 t vast .--- -- 224 t vl. st. ~~~~

673

t natte stof 2850 t verzadig-de oplossing.

80.390

m

3

uitlaa

t-Precipi tatie t - - - -.... - gas

2824 t vloeistof.

1

.. JFil ter J + 28, 2·;t water

;~;e!aamp

1

t - - ' - - - , . • 2824 t ' - - - -__t vl. st. Verdamper §.o,4 t Al(OH)3 +

77,1

t V:Tater r-G-l-o-e-i+o-v-en--.I---4- 105 t water

~

I 19.

I •

De electrolyse.

Uit _{52,5 t Al 203/dag} z~n te bereiden:

...2!

2 2 /

102 •

5 ,5

t Al = 7,8 t Al dag. Dit komt overeen met een jaarpro-ductie van 10.000 t, welke ook als basis gekozen werd.

Voor de electrolyse is voorts kryolieth nodig. Het ver-bruik daarvan bedraagt ca. 6

%

van de hoeveelheid geproduceerd aluminium (30').

Per dag is dus aan vers kryolieth nodig: 0,06 • 27,8 t

=

1,67 t kryo1ieth/dag.

De hoeveelheid kryolieth, die op een gegeven ogenblik in de baden aanwezig is, bedraagt in totaal ca. 380 t b~ het door

ons gebruikte oventype.

De benodigde hoeveelheid koolstof bedraagt ca.

55

%

van de aluminiumproductie, d.i. 0,55 • 21,8 t/dag = 15,3 t kool-stof/dag.

Deze koolstof wordt in de oven verbrand· .. tot CO en CO₂• De anodegassen bevatten ongeveer 64 'Î~ CO

2 en 36

%

co (31; p.300)'.

-100 m3 a.nodegas bevatten: 100

22,4 • 12 kg C

=

53,6 kg koolstof.

B~ een verbruik van 15,3 t koolstof/dag wordt de hoe-veelheid anodegas dus:

15.300 • 100 m3

=

28.500 m3 anodegas/dag.

53,6

Per sec. wordt dit:

28. 500 3 3 /

86.400 manodegas = 0,32 manodegas sec.

We hebben in totaal nodig

215~00

ovens,

154

kg de dag-productie van loven zijnde. Dit geeft 180 ovens.

Aan de anode van ~~n oven ontstaat dus:

/

Verklaring bij de tekening (H.Reens) DE APPARATUUR.

Het essentiële deel van de fabriek, de extractie van de sinter en de omwerking van het filtraat, bestaat uit: 1). 15 extractievaten ~et een inhoud van 12,6 m'/vat. Hiervan

zijn 5 vaten nodig in de verzadigingstrap en 10 vaten in de bereiding van de "halfverzadigde" oplossing. Dit is berekend uit de contacttijden yan resp. 30 en 60 minuten.

2 horizontale filters, die roteren (Oliver), dienende voor de filtratie van de extractie.residu's. plan

12

precipitatietanks

_~et

een inhoud van 240 m3/vat.

4).

Een trommelfilter voor de filtratie van het aluminiumhydroxyde. 5). Een Kestnerverdamper met b~öehorende warmtewisselaar.

6). Een roterende. gloeioven met biJbehorende koeler voor de' ontwa-tering van het AICOH),.

Voor de laatste stap, de bereiding van het aluminium, zijn essentiëel 180 electrolyse-ovens met Söderberg-electroden.

Voorts zijn nog twee vaten aangegeven, die als voorraad-reservoirs dienen en ten slotte enige pompen.

Dat bij deze fabriek opslagruimte, electrische instal-laties etc. aanwezig moeten zijn, behoeft geen betoog.

Van de bovengenoemde apparaten is de warmtewisselaar, behorende bij de Kestnerverdamper, berekend.

SLOTOPMERK ING.

bouwd heden

Begrijpeli~erwijze zal deze fabriek in Zuid-Limburg ge-moeten worden. HierlrÁmmers heden ten dage zeer grote hoeveel-kalksteen en leisteJn beschikbaar.

Hier z~ erop gewezen, dat leisteen een afvalmateriaal is fen zeer goedkoop betrokken kan worden. Daar in Maastricht de

E.N.C.I. ligt (verwerking van het residu) en bij ons proces meer kalksteen gebruikt wordt dan leisteen, mogen we verwachten, dat de

fabriek voor de bereiding van het A_{1 20, e},en onderdeel kan worden van deze cementindustrie.

De vervoerskosten voor alle materialen en voor de electri-sche energie zijn in di t gebied uitteraard zeer gering.

.

---

-

- - - -

-21.

I I .

/

DE WARMTEWISSELAAR V"OR DE KESTNERVERDAMPER.

Deze zullen we berekenen voor een hoeveelheid condense-rende stoom van 135 t met een temperatuur van 100

°c,

onder de aanname, dat deze hoeveelheid de uitwisselaar in de vorm van wa-ter van 100

°c

verlaat. De:.condensatiewarm;te wordt afgestaan aan

-2739 m3

~~-iEe

soda-oplossing/dag

=

2739 • 1,03 • 103 kg

=

2~820.000 kg vloeistof/dag.

De totale condensatiewarmte per dag bedraagt: 135.000 • 538,7 kcal = 72.700.000 kcal/dag.

Daar Q

= •

G s.w •• At , wordt 6t

=

--=G~--Q _{• s. w.}

= 2-_{.8- ,} 72.700.000 20 0 _{~ 0 · O. 0,97} 2 0 >"C=2,5 6 0 C.

=

We kunnen zeggen, dat de invoertemperatuur ca. 60

°c

is. De vloeistof koelt nl. door de toevoeging van het waswater af na de precipitatie. De temperatuur van uitgang is dus ca. 86

°c.

Verder kiezen we voor de "overall"-co~fficiënt (32)

U = 500 BTa/hr. sq. f t . oF, verder voor de vloeistofsnelheid 6 ft/seo.

We zullen gebruik maken van lU-buizen, 18 BWG. Daarb~

hoort een oppervlak van de inwendige dwarsdoorsnede van 0,00443 sq.ft

Per sec. stroomt door de uitwisselaar:

2739 •

t

5

,3l

5

cb.ft/sec = 1,120 eb.ft/sec., zodat we een totale 24 • 3 00

doorsnede van de pijpen moeten hebben van l'g20 sq.ft = 0,1866 sq. ft.

Vereist zijn

dUS:o~6~!~~

pijpen = 43 pijpen. Per uur moet overgedragen worden:

12.7~~.000 kcal = 3.030.000 kcal = 3.030.000 • 3,9685 BTa =

12.000.000 BTa/hr.

Voor het logarithmiseh gemiddelde van de temperatuur vinden we: LMTD

=

45,6 OF

Nu is Q = A • U • LMTD ',. dus A = U • QLMTD = 12.000.000

22.

Per lineaire ft is de inwendige oppervlakte van de

buizen: 0,2360 sq.ft. Dit wordt voor 43 buizen per ft:

43 • 0,2360 sq.ft = 10,15 sq.ft. De lengte zQu dus worden:

526

1 (), 15 f!t = SI, 8 ft.

Dit is te lang. Daarom zullen we nemen een

warmtewis-selaar met 6 passages en 258 p~pen. De lengte wordt voorlopig

8,65 ft. De buizen z~n in driehoeksformatie gerangschikt. De

daarbij behorende steek is 1, 25tt

• De binnendiameter van de

cylin-der, waarin zich de buizen bevinden, bedraagt 26". Om het aantal

...

--buizen te bepalen, dat zich gemiddeld in een

verti~aal vlak bevindt, maken we gebruik van

een benaderingsmethode. Men brengt in de

bin-nenomtrek van de cylinder een vierkant aan

en berekent, hoeveel buizen zich b~ de

geko-zen rangschikking op een z~de van dit vierkant

kunnen bevinden. Uit de figuur ziet men, dat dit aantal bedraagt:

N = 26 • _5/4

i~2

_{c:: 8, 5 •}

gem •

R

soda-opl.

=

4

is, waarb~ de

groot-Rcondensaat

We nemen n~ aa~ dat

heden R de warmteweerstanden z~n en verder, dat Rmetaal = 0.

Dan is het temperat~urverval over de condensaatfilm:

bij ingang: 1/5. 40 °c

=

8 °c, b~ uitgang: 1/5. 14 °c

=

2,8 °C. Hieruit volgt bij ingang : bij uitgang: de wand temperatuur: o 100,0 - 8,0

=

92,0 C o 100,0 - 2,8 = 97,2 C.

De filmtemperatuur wordt berekend met behulp van de formule:

tf = t _s.v. - 314 _- I:;. t, waarin t _s.v. de temperatuur van de verzadigde

damp is en ó t het tempe~ur verval over de film.

B~ ingang: tf

=

100,03/4 • 8,0

=

94,0 oe.

i

Bij uitgang: tf

=

100,0 - 3/4

u

23.

I •

I •

Temperatuurverval over de film van de soda-oplossing:

~ t = 4/5 • 40 oe = 32 oe bij ingang

~t >~

4/5 •

14 oe

=

11,2 oe bij uitgang.

Voor de filmtemperaturen gebruiken we de relatie: f f = t _{s -} i~'ts-t),

waarin t s de temperatuur van het metaaloppervlak en t die van de doorstromende vloeistofmassa is. Hier wordt dus als filmte mpera-tuur het gemiddelde genomen over de film.

Zo worden de filmtemperaturen aan de vloeistofzijde: bij ingang : tf = 92 - !(92 - 60)

=

76,0 oe

i .

bij uitgang: tf = 97,2 - i(97,2 - 86,0) = 91,6 °C.

u

Filmcoëfficiënten Condensaatzijde:

Hiervoor geldt de fonnule: hu = 0,7'25.

,

l

'\j

~3: D~2:

f;.f·

.'

~A

t

De filmtemperatuur van de condensaatfilm is 94 oe = 201°F

B~ de ingang gelden de volgende waarden:

k = warmtegeleidbaarheid

=

0,392 BTUI sq. f t . hr • OF

P

=

de dichtheid

=

60,10 lb/cb.ft.

g = 4,18 • 108 ft/hr2 (versnelling van de zwaartekracht)

À = verdampingswarmte = 970,2 BTU/lb.

N

=

aantal pijpen, dat gemiddeld in een vertü:aal vlak aanwezig is =

8,5.

Do = ~üitendiameter van de buizen = 1"

=

0,0833 ft.

~f

=

viscositeit

=

0~03 centipoise

=

0,303 • 2,42 Engelse eenheden =

= 0,734 Eng. eenh. (36,37)

ót

=

temperatuursverschil over de film = 8 °c

=

14,4 OF.

o

725

~

4

/ (0,392)3 .• (60,10)2 • 4,18 • 108 • 970,2 , • ~ 8,5. 0,0833 • 0,734 • 14,4 ' hu = i h Ui

=

1345 BTU/hr. sq. f t . OF

Bij de uitgang veranderen k, p, JA. en IJ. t ; de andere waarden blijven

hetzelfde.

k = 0,393 Eng. eenh.

p = 59,93 lb/cb.ft.

,P = 0,702 Eng. eenh.

24. I . I .; " ~---...,...,... .. -h _·uu

=

0,725 • 4 _{(0,393)3 • ($9,93)2 • 4,18 • 108 • 970,2} 8,5 • 0,0833 • 0,702 • 5,04 hu

=

1770 Eng. eenh. u Filmcoëfficiënten Vloeistofzijde: Bij de ingang:

Voor de temperatuur kan genomen worden: t = 60,0 ; 76,0

=

68

°c

=

154 oF.

k = 0,379 Eng. eenh.

Di

=

inwendige diameter van de buizen

=

0,0752 ft.

u

=

snelheid in de buizen

=

6 ft/sec

=

21600 ft/hr.

p = dichtheid van de vloeistof = 1,03 • 62,43 1b/cb.ft

ft

=

0,451 • 2,42

=

1,092 Eng. eenh.

= 64,3 1b/chtt

c = soortelJjke warmte van de vloeistof bij t

0,969 BTU/lb.oF. 0"

=

0,969 Cal/ O.g = 1

h.

=

0,0225 •

o~b~~~

.

(°,0752 • 21600 • 64,3)0,8. (0,969 • 1,092)3 J._i 1,092 0 , 3 7 9 ' h.

=

1540 Eng. eenh. J. i Bij de uitgang:

De gemiddelde temperatuur bij de uitgang, t

=

91,6

~

86,0 = 88,8

oe

=

192 OF.

We zullen slechts de temperatuur.

grootheden opgeven, die anders zijn bij deze

k

=

0,388 Eng. eenh. JA- = 0,831 " c = 0,970 " tt

"

0,388 h i = 0,0225 • 0,0752 u h i

=

1779. u ( °,0752.21600.64,3)°,8 (0.970.0.831)0,333 • 0,831 • 0,388 •

Temperatuurverval, berekend met behulp van de berekende hts. Ingang: 1

=

1 + 1.151 Ui h_i k D. • DJ.' • log (D

ID.)

+ D ~ . U J. u· U

- - - -- -25. 1 h. ~i = ₁₅₄₀ 1 = 0,000650

1,151 D;. log

(DuiD;)

= 1,151.0, 07

2

2 log 0,0833

=

0,000146 kmet • ... ... 26 0,0752 Di

=

°.°12 2 D .h 0,0833 1345 u Ui • 6 t _{condensaat -}- 0.0006~1 0,0014 7 • àtmetaa1

₌

_{0,001467 •} 0.000146 40 Át soda-op1. 0.0006

t

O = 0,0014 7 • Uitgang: Di = °.072 2 0,0833 • 1770 oe 40 40 oe oe D 1,151 D 10 ~ - 1.151.0,0752 log 0.083~ k • i· g D. - 26 0,075 ~ 1 h i u = 1 1779 ~ tcondensaat - 0,001219 _ °.°0°210 t,tmetaa1 - 0,001219 _ 0.000146 • 14 ó.t _soda-opl. = 0.00026_0,001219

2

_• • 14 oe oe 14 oe

=

0,000671 .ER = 0,001467

=

18,3 oe = 4,0 oe

=

17,7 oe 40,0 oe

=

0,000510 = 0,000146 = 0,000563 L R = 0,001219 = = =

Op de volgende bladzijde is in een figuur aangegeven, welke temperatuurvervallen aangenomen werden en daarnaast, welke wij na deze eerste doorrekening gevonden hebben. Men ziet, dat de verschillen van de uitgerekende waarden me~ de aannamen nog aanzienl\~ zijn. Een nieuwe berekening met nieuwe tempe-raturen is daarom noodzakelijk.

I •

I •

-- -

--~---26. _{Temperaturen in oe}

Aangenomen toestand Voorlopig berekende toestand

stoomzijde stoomzijde

100 • 100 100

_____

-l

__

100

vloeistofzijde vloeistofzijde

- - - 60- - - ~-=-.

-

86

- - -

6ö

- - - -

-

- -

-~

-

8b

-Gezien de veranderingen, die ten gevolge van deze eerste bena-dering zi~ opgetreden, kunnen we voor de tweede berekening de volgende toestand schatten:

stoomzijde 100

---

~____

₁₀₀ . - - -85 - - - 95,1 -.' 0 1 1 93,5 I

~

\

~

-:/

,\;"

'"

,\,\,\,\,;

/

I'

..

~

Ä\'~~~-Y

/ 76 1 91,81 j / / - - - 68 - - - -88,9 -60

-

86

vloeistofzijde

In de laatste figuur zi~ ook de filmtemperaturen aangegeven,

die berekend werden met detelfde relaties als in de vorige berekeT ning.

27. I •

,

.

I

Fi1mcoëfficiënt condensaatzijde. Invoer:

°

°

t_f . = 85 e = 185 F 1 k

=

0,389 Eng. eenh. p = 60,47 1b/cb.ft

'~f = 0,336 • 2,42 Eng. eenh.

=

0,814 Eng. eenh.

!J t

=

100 - 85 = 15 oe

=

27 oF h -

°

725 (0,389) .(60,47) • 4,18 • 10 • 970,2 \ ) 3 2

ä

'

Ui - , . 8,5 • 0,0833 • 0,814 • 27 h

=

1115 Eng. eenh • . Ui Ui tgang: tf = 95,1 oe = 203 OF u k = 0,392 Eng. eenh.

p

= 60,03 1b/cb.ft.

~f = 0,299 • 2,42 Eng. eenh. = 0,724 Eng. eenh. 6

°

0 {l t

= ,

5 C

=

11, 7 F h

=

0,725

~

4

rCO,392)3.

(60,03)2 • 4,18 • 108 • 970,2 U u • ~ 8,5 • 0,0833 • 0,724 • 11,7 ~u

=

1420 Eng. eenh.

Fi1mcoëfficiënten aan de v1oeistofzijde.

Ingang: t _gem.

=

t(60 + 68)

=

64 oe

=

147 OF. k = 0,377 Eng. eenh. p = 1,150 Eng. eenh. c

=

0,969 BTU/1b.oF = 0 0225

O,377(O,0752.21600.64!3)0'~~0,969.1.150)0,3

3

3

, '0,0752 1,150 · 0,377

=

1500 Eng. eenh.

28. I • Uitgang: tgem= 86,0 ; 88,9 = 87,5

°c

=

190 oF. k = 0,388 Eng. eenh. ft-

=

0,840 c

=

0,970 ft 11 11 11

=

0 0225 0,388

(0,0752.21600.64t3)0'~(Ot970.0,840)0,333

, ·0,0752 • 0,840 0,388 .

=

1770

Temperatuurvervallen, berekend met behulp van de berekende h's. Ingang: 1 _ 1 h i - 1500 i 1,~51 .Di. log(D u/Di ) Di

=

0,0752 D .h 0,0833 • 1115 u Ui fitcondensaat :;: 0.000810 0,001623 n tmetaal = 0.000146 0,001623 • • ót :;: 0.000667 soda-opl. 0,001623 • Uitgang: 1 1 h i :;: 1770 u 1,151 D. logeD /D. ) k ~. u ~ Di:;: 0.0752 D .h 0,0833.1420 u Uu 40,0 40,0 40,0 1\ t - 0,000635/0,001346 t-' cöndensaat-IJ tmetaaal :;: 0,000146/0,001346 L\ tsoda-opl.

=

0, 000565/0,001346

=

0,000667

=

0,000146 = 0,000810 L R = 0,001623

°c

=

20,0

°c

°c

= 3,6

°c

°c

:;: 16,4

°c

40,0

°c

=

0,000565

=

0,000146

=

0,000635 L R = 0,00rL346 • 14

°c

=

6,6

°c

• 14

°c

=

1,5

°c

·

14

°c

=

5

16

°c

14,

Oe

.~

I

I •

29.

Aangenomen voor de tweede maal Berekend

st

'

0 om zijde Stoomzijde

_lOÇL _______ ~ _ 100 100

Vloeistofzijde Vloei stofzijde

86,0 60

-

86,0

Deze toestanden vertonen voldoende overeenkomst.

"Overall"-coëfficiënten. Bij 1 U u ingang:

=

0,001623. Dus: U. ~ ui tgang: = 0,001346. Dus :;,""0 "Cl

=

620 Eng. eenh.

=

740 Eng. eenh. Koelend opnervlak.

.9.=

A A =

u .

6.

t. -

Ui. A

t

u 1 U U_{u •} Cl ti In U. Ll t ~. u

=

1,8 • ( 740 • 40 - 620 In l~

·

_{• 14} 40 Q - 12.000.000 - 391 ft 30.700 - 30.700 - • • 14)

=

_30.700

De lengte van de warmtewisselaar zou dus gereduceerd kunnen worden tot:

~~g

.

8,65

ft

=

ca.

6,5

ft.

Bij deze berekeningen is een eventuële vervuilingsfactor buiten beschouwing gelaten. De waarden daarvan zijn zeer onzeker, hoe-wel gebleken is, dat de afmetingen aanzien1i$ groter kunnen worden bij het in rekening brengen van een dergeliJKe factor.

30.

I

J

!

I

•

jj

(r-

::::jI=

=======.

___

§_X __ ~~_Y_.0_~ _~ I'L_. --' ---11--~~

L

C

t -. . _ . _ -_. __ ... -_._~---_.-.--.-_. -. . . . __ .. _ __ ...ll-..

I

\

~_~1t-I---1_"'-_

C

·_-_·· ... ---_. \ \ (,---tt--.. -.. _ -_.-_-... -... -. - - - -_{.. _--~} .,->--____ ._._. ~9S.~ __ h,,'" . .

-, WATt::FZ IOC 0c.. ... A o -.gi \Ol I

r

I

•

I •

GERAADPLEEGDE LITERATUUR.

1. W.E.Prytherch, M.L.R.Harkness

&

W.D.Spencer,

Chem. Age, ~, 220(1947).

2. W.E.Prytherch, M.L.R.Harkness & W.D.Spencer,

Chem. Age ~, 607(1947),

3. G.S.Tilley, R.W.Mil1ar

&

O.C.Ralston, Acid Processes for the

Extraction of Alumina (1947).

4. W.Machu, Metall und Erz

22,

499(1938).

5. W.E.Prytherch, M.L.R.Harkness

&

W.D.Spencer,

Chem. Age ~, 612 (1947).

6. A.Kayser, Process for Separating Alumina' from Si1ica,U.S.Pat.

708.561(1902).

7. M.Packard, A1umina from C1ay, Br.Pat. 20.220(1902).

8. F.A.Rody & H.M.Burkey, A1kalies

&

Alumina from Fe1dspar,

Leucite etc. U.S.Pat. 1.151.498(1915) & U.S.Pat. 1.151.535(1915).

9. A.H.Cowles, ûbtaining Alkalies from Silicates, Br.Pat.l07.640(1916)

10. R.S.Sherwin, Process for Obtaining Alumina, U. S.Pat.1.422.004(192a)

11. A.H.Cowles, Producing A1umina, Alkali & Dicalcium Silicate,

U.S.Pat.1.514.657(1924) & U.S.Pat.l.591.365(1926).

12. A.W.Scheidt, Alumina, Can.Pat. 324.768(1932).

13. R.F.James~ Recovery of A1umina from Coa1 Ash,

U.S.Pat. 1.926.744(1933).

14. A.W.Scheidt & R.C.Folger, Process for Recovering A1umina.from

AlumineousSiliceous Materials, U.S.Pat. 1.971.354(1934),

Can.Pat. 353.347(1935) & Br.Pat.428.326(1938).

15. R.C.Fo1ger, Process for Treating Si1iceous Materials,

U.S.Pat. 2.141.132(1938). '

16. E.Pasche, Rundschau Deutscher Technik

18,No.44,4(1938).

17. N.I.Bogo1epov, Trans. State Inst. App1. Chem. U.S.S.R., ~, 267.

18. H.C.Peffer, U.S.Pat. 826.'354(1906).

19. J.Lambert, Fr.Pat. 477.988(1914).

20. H.Pedersen, Br.Pat. 232.930(1924).

21. H.Pedersen, U.S.Pat. 1.618.105(1927). "

22. J.C.Seai11es & W.R.G.Dyckerhoff, U.S.Pat. 2.248.826(1941).

23. F.R.Archiba1d & C.F.Jackson, Am. Inst. of Min.' & Met. Eng.

~, 227(1944).

----

_32. -- - -

-24. R.L.Copson, J.H.Wa1tha11

&

T.P.Hignett,

Am.

Inst. of Min.

&

Met.Eng.

l2i,

241(1944).

25/26. T.P.Bignett, Ind.& Eng. Chem.

22,

1053(1947).

27. W.Anselm, Die Zementherstellung, Charlottenburg ~1941).

28. R.N.Shreve, The Chemical Process Industries, p. 215, New York (1945).

29. International Critica1 Tables.

30. 'Rapport van de Commissie van Advies voor de Aluminiumfabriek, Economisch Technologisch Instituut in Limburg,

Maastricht (1936).

31. V.Enge1hardt, Handbuch der Technischen Elektrochemie,

Bd.III,

p.209ff,

Leipzig (1934).

32. J.H.Perry, Chemica1 Engin~ers! Handbook, p.1000, New York (1941). 33. Söderberg-E1ectrodes in the production of Aluminium,

Light Metals, 1, 382(1938).

34. Die Anodenkohle beidder Aluminiumerzeugung, Metall und Erz,

2,2.,

7.2(1939).

35. W.Borch~rs, Die E1ektrischen Ofen(1923),

36. W.Faust, Z.f.Anorg. & Alg. Chem. 160, 373(1927). 37. P.S1otte, Ann.d.Phys. ~, 257(1883).